ТОШКЕНТ ТЎҚИМАЧИЛИК ВА ЕНГИЛ САНОАТ ИНСТИТУТИ
ҲУЗУРИДАГИ ФАН ДОКТОРИ ИЛМИЙ ДАРАЖАСИНИ БЕРУВЧИ
14.07.2016.Т.06.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ
«PAXTASANOAT ILMIY MARKAZI» АКЦИЯДОРЛИК ЖАМИЯТИ
ГУЛЯЕВ РИНАТ АМИРОВИЧ
ПАХТА ТОЗАЛАШ КОРХОНАЛАРИДА ПАХТА ХОМАШЁСИ ВА
ТОЛАНИ НАМЛАШНИНГ КОМПЛЕКС ТЕХНОЛОГИЯСИНИ
ЯРАТИШ УСУЛЛАРИ
05.06.02 - Тўқимачилик материаллари технологияси ва хомашѐга
дастлабки ишлов бериш
(техника фанлари)
ДОКТОРЛИК ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
Тошкент – 2016
УДК 677.21.021: 621.97
Докторлик диссертацияси автореферати мундарижаси
Оглавление автореферата докторской диссертации
Сontents of the abstract of doctoral dissertation
Гуляев Ринат Амирович
Пахта тозалаш корхоналарида пахта хомашѐси ва толани
намлашнинг комплекс технологиясини яратиш усуллари 3
Гуляев Ринат Амирович
Методы создания комплексной технологии увлажнения
хлопка-сырца и хлопкового волокна на хлопко очистительных
заводах 31
Gulyaev Rinat Amirovich
Methods of the integrated technology for humidifying raw cotton and
cotton fiber at cotton ginneries 59
Эълон қилинган ишлар рўйхати
Список опубликованных работ
List of published works 85
2
ТОШКЕНТ ТЎҚИМАЧИЛИК ВА ЕНГИЛ САНОАТ ИНСТИТУТИ
ҲУЗУРИДАГИ ФАН ДОКТОРИ ИЛМИЙ ДАРАЖАСИНИ БЕРУВЧИ
14.07.2016.Т.06.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ
«PAXTASANOAT ILMIY MARKAZI» АКЦИЯДОРЛИК ЖАМИЯТИ
ГУЛЯЕВ РИНАТ АМИРОВИЧ
ПАХТА ТОЗАЛАШ КОРХОНАЛАРИДА ПАХТА ХОМАШЁСИ ВА
ТОЛАНИ НАМЛАШНИНГ КОМПЛЕКС ТЕХНОЛОГИЯСИНИ
ЯРАТИШ УСУЛЛАРИ
05.06.02 - Тўқимачилик материаллари технологияси ва хомашѐга
дастлабки ишлов бериш
(техника фанлари)
ДОКТОРЛИК ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
Тошкент – 2016
3
Докторлик диссертацияси мавзуси Ўзбекистон Республикаси Вазирлар
Маҳкамаси ҳузуридаги Олий аттестация комиссиясида 30.09.2014/В2014.5.Т342
рақам билан рўйхатга олинган.
Докторлик диссертацияси «Ўзпахтасаноатэкспорт» Холдинг компанияси
«Paхtasanoat ilmy markazi» АЖ да бажарилган.
Диссертациянинг автореферати уч тилда (ўзбек, рус, инглиз) www.titli.uz веб манзил
бўйича ва Ахборот ресурслари саҳифасига www.ziyonet.uz веб манзил бўйича ”ZiyoNet”
ахборот таълим порталига жойлаштирилган.
Илмий маслаҳатчи: Лугачев Анатолий Евгеньевич
техника фанлари доктори, профессор
Расмий оппонентлар: Корабельников Андрей Ростиславович
техника фанлари доктори, профессор
(Россия Федерацияси)
Мурадов Рустам Мурадович
техника фанлари доктори, профессор
Мухаммадиев Давлат Мустафаевич
техника фанлари доктори
Етакчи ташкилот: «Ўзстандарт» агентлиги Стандартлаштириш,
метрология ва сертификатлаштириш илмий
тадқиқот институти
Диссертация ҳимояси Тошкент тўқимачилик ва енгил саноат институти ҳузуридаги
14.07.2016.Т.06.01 рақамли илмий кенгашнинг 25 октябр 2016 й. соат 14
00
даги мажлисида
бўлиб ўтади (Манзил: 100100, Тошкент ш., Шоҳжахон-5, тел.(+99871) 253-06-06,
253-08-08, факс 253-36-17; e-mail: titlp_info@edu.uz)
Докторлик диссертацияси билан Тошкент тўқимачилик ва енгил саноат
институтининг Ахборот-ресурс марказида танишиш мумкин (09 рақам билан рўйхатга
олинган). Манзил: 100100, Тошкент ш.Шоҳжахон-5, тел.(+99871) -253-06-06, 253-08-08.
Диссертация автореферати 2016 йил 26 сентябр куни тарқатилди.
(2016 йил 26 сентябрдаги № 09 рақамли реестр баѐнномаси).
М.Т. Ходжиев
Фан доктори илмий даражасини берувчи
Илмий кенгаш раис ўринбосари, т.ф.д.,профессор
А.З. Маматов
Фан доктори илмий даражасини берувчи
Илмий кенгаш котиби, т.ф.д.,профессор
М.М. Мукимов
Фан доктори илмий даражасини берувчи
Илмий кенгаш ҳузуридаги илмий семинар раиси,
т.ф.д.,профессор
4
КИРИШ (докторлик диссертацияси аннотацияси)
Диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурияти.
Пахта толаси
жаҳон бозорида муҳим стратегик маҳсулот бўлиб ҳисобланади. Пахта бўйича
Халқаро консультатив қўмитанинг (ICAC) маълумотига кўра 2014-2015 йил
мавсумида жаҳон миқѐсида пахта толаси етиштириш 26,2 млн. тоннага етди
1
.
Жаҳон пахта бозорида рақобатнинг юқори даражадалиги, замонавий,
технологик пухта ва тез ишловчи тўқимачилик ускуналарининг яратилиши,
юқори сифатли ва рақобатбардош тўқимачилик маҳсулотларининг олиниши
зарурлиги пахта толаси сифатига бўлган талабларини янада кучайишига олиб
келди.
Шу
сабабли
пахтани
дастлабки
ишлаш
технологиясини
такомиллаштириш ҳамда истеъмол сифатларини яхшилаш энг долзарб
муамоларидан бири деб ҳисобланади. Ривожланган чет эл мамлакатлари –
АҚШ, Хитой, Хиндистон, Бразилия, Ўзбекистон ва бошқа давлатларда
маълум ютуқларга эришилган бўлиб, уларда пахта тозалаш саноати ишлаб
чиқариш самарадорлигини ошириш ва маҳсулотларнинг рақобатбардош
лигини таъминлаш учун технологик жараѐнларни бошқариш усулларини
такомиллаштиришга алоҳида эътибор қаратилмоқда. Технологик жараѐнлар
ни оптималлаштириш, янги самарали технологик ускуналарини жорий
қилиш бўйича кўрилаѐтган чоралар ҳисобига пахта толаси сифат
кўрсаткичлари яхшиланиши, пахта хомашѐси ишлаб чикариш сарфларини
пасайтирилиши таъминланади.
Ўзбекистон Республикасида пахта маҳсулотининг истеъмол хусусият
ларини яхшиланишига олиб келадиган пахта хомашѐсини дастлабки ишлаш
технологик жараѐнларини ва ишлаб чиқаришнинг юқори самарадорликка эга
бўлган бошқариш тизимларини яратишга оид бўлган кенг қамровли чора
тадбирлар амалга оширилди. Пахта тозалаш корхоналарида пахта
хомашѐсини дастлабки ишлаш мослашувчан технологиялар жорий этиш
бўйича ишлар амалга оширилмоқда. Бу борада, жумладан, пахта тозалаш
корхоналарида бошланғич кўрсаткичларига боғлиқ равишда қайта
ишланаѐтган хомашѐдан белгиланган сифатдаги пахта маҳсулотини олиш,
хомашѐ ва энергия сарфини камайтириш имкониятини берадиган пахта
хомашѐси ва толасини намлашнинг технологияларини жорий этиш муҳим
аҳамият касб этмоқда.
Жаҳон амалиѐтида пахта хомашѐси ва толасининг намлик бўйича
кондициялаш, пахтани дастлабки ишлаш технологияси жараѐнларига, уни
тайѐрлаш ва сақлашдан бошлаб толани тойлаш жараѐнигача таъсир этадиган
муҳим
омилларни
аниқлаган
ҳолда
янги
намлаш
техника
ва
технологияларини яратиш алоҳида аҳамият касб этиб бормоқда. Бу борада
мақсадли илмий-тадқиқотларни, жумладан, қуйидаги йўналишлардаги илмий
изланишларни амалга ошириш муҳим вазифалардан бири ҳисобланади: пахта
толасини титиш ва уни бутун ҳажми бўйича намлашга асосланган тола
1
Cotton: World Statistics. Bulletin of the International Cotton Advisory Committee, NY, November
2015. http://www.ICAC.org.
5
намлагичининг иш жараѐнини такомиллаштириш технологиясини ишлаб
чиқиш; пахта хомашѐсини жинлашдан ва пахта толасини эса пресслашдан
олдин намлашнинг комплекс технологиясини ишлаб чиқиш; рақобатбардош
сифат кўрсаткичларига эга бўлган ресурстежамкор толали материаллари
намлаш технология яратиш; қўллиналаѐтган технологик жараѐн ва
ускуналарга мослашган толали материалларни босқичма-босқич намлаш
комплекс тизимларини ишлаб чиқиш. Юқорида келтирилган илмий
тадқиқотлар йўналишида бажарилаѐтган илмий изланишлар мазкур
диссертация мавзусининг долзарблигини изоҳлайди.
Ўзбекистон Республикаси Президентининг 2015 йил 27 октябрдаги
ПФ-4761-сон «Ўзпахтасаноатэкспорт холдинг компаниясини ташкил этиш
тўғрисида»ги Фармони, Ўзбекистон Республикаси Вазирлар Махкамасининг
2007 йил 3 апрелдаги 70-сон «2007-2011 йилларда пахта тозалаш саноати
корхоналарини модернизация ва реконструкция қилиш дастури тўғрисида»ги
қарори ва ҳамда мазкур фаолиятга тегишли бошқа меъѐрий-ҳуқуқий
ҳужжатларда белгиланган вазифаларни амалга оширишга ушбу диссертация
тадқиқоти муайян даражада хизмат қилади.
Тадқиқотнинг республика фан ва технологиялари ривожланиши
нинг устувор йўналишларига боғлиқлиги.
Мазкур тадқиқот республика
фан ва технологиялар ривожланишининг II. «Энергетика, энергия ва
ресурстежам-корлик» устувор йўналиши доирасида бажарилган.
Диссертация мавзуси бўйича хорижий илмий-тадқиқотлар шарҳи
2
.
Пахта хомашѐси ва пахта толасини намлаш технологияси ишлаб чиқишга
йўналтирилган илмий изланишлар жаҳоннинг етакчи илмий марказлари ва
олий таълим муассасалари, жумладан, USDA Ginning Cotton Research Unit,
USDA Agricultural Research Servise, Texas Tech University, Samuel Jakson
Incorporated (АҚШ), Central Institute for Research on Cotton Technology , Bajaj
Steel Industries Limited (Ҳиндистон), National Research Center for cоttоn
processing engeeniring and technology, China Cotton Industries Limited, Shandong
Swan Cotton Industrial Machinery Stock, Handan Golden Lion, Cotton Research
Institute of Nanjing Agricultural University (Хитой), Pakistan Cotton Standards
Institute, National Textile University Faisalabad (Покистон), Busa Indústria e
Comércio de Máquinas Agrícolas Limited (Бразилия), Earthquake Research
Institute, Nara National Research Institute for Cultural Properties (Япония),
Марказий тўқимачилик илмий-тадқиқот
институти (Россия), Тошкент
тўқимачилик ва енгил саноат институти, “Пахтасаноат илмий маркази”
акциядорлик жамиятида (Ўзбекистон) кенг
қамровли илмий-тадқиқот
ишлари олиб борилмоқда.
2
Диссертация мавзуси бўйича хорижий илмий-тадқиқотлар шарҳи http://www.samjackson.com/ moisture
products;
http://www.bajajngp.com/humidifier.html;
http://www.busa.com.br/Assistencia-Tecnica#;
https://www.acronymfinder.com; АҚШ патенти № 6.314.618 B1, кл. 19-48. Moisture conditioner for lint cotton/
Martin L Mehner, Samuel G. Jackson. 2001 й.; АҚШ патенти №7.591.048 B2, кл. 19-66. Moisture conditioner for
lint cotton/ Martin L Mehner. 2009 й.; АҚШ патенти №6.202.258, кл. 19-66. Apparatus and related method for
applying moisture to cotton during a ginning operation / William E. Winn. 2001 й. ва бошқа манбалар асосида
ишлаб чиқилган.
6
Толали
материалларни
намлаш
технологияси ва намлашнинг
ускуналари, намлигини бир равишда ростлаш ва сақлаш усулларини
такомиллаштиришга оид жаҳонда олиб борилган илмий тадқиқотлар
натижасида қатор, жумладан, қуйидаги илмий натижалар олинган: пахтани
намлашнинг автоматлаштирилган тизими яратилган (USDA Ginning Cotton
Research Unit, АҚШ); намлаш агентини генерациялаш тизимлари (USDA
Agricultural Research Service ва «Samuel Jackson Incorporated» компанияси
хамкорлигида, АҚШ); пахтани дастлабки ишлашнинг ҳамма босқичларида
толали материалнинг керакли технологик намлигини автоматик равишда
ростлаш ва сақлаш тизимлари (Texas Tech University ва “Uster technologies
AG” компанияси хамкорлигида, АҚШ, Швейцария); пахта хомашѐси ва
толанинг технологик намлигини таъминлаш бўйича тавсиялар ишлаб
чиқилган (Тошкент тўқимачилик ва енгил саноат институти, “Пахтасаноат
илмий маркази” акциядорлик жамияти, Ўзбекистон).
Жаҳонда пахта хомашѐсини жинлашдан ва пахта толасини пресслашдан
олдин намлаш қурилмалари ва технологияларини яратиш бўйича қатор,
жумладан, қуйидаги устувор йўналишларда тадқиқотлар олиб борилмоқда:
пахта хомашѐси ва пахта толаси намлагичларининг янги конструкцияларини
ишлаб чиқиш; толали материалларни намлашнинг самарали агентларини
ишлаб чиқиш; пахта маҳсулотлари сифат кўрсаткичларининг дастлабки
намлик билан боғлиқлик ифодаларини аниқлаш; пахта хомашѐси ва пахта
толасини намлашнинг комплекс технологияларини яратиш.
Муаммонинг ўрганилганлик даражаси.
Ҳозирги вақтда пахта хом
ашѐси ва толасини намлаш бўйича муаммолар, унда рўй бераѐтган
сорбциялаш жараѐнларининг назарий масалалари, пахта хом ашѐсини ва
пахта толасини намлаш технологиясини такомиллаштириш, унинг янги
усулларини яратиш, пахта хом ашѐси ва тола намлигининг ишлаб чиқариш
жараѐнларига ва олинадиган пахта махсулотлари сифатига таъсири
масалалари бир қатор олимлар: G.J. Mangialardi, S.E. Hughs, L. Price, A.C.
Griffin, V.P. Moore, W. Anthony, R.K. Byler ва бошқаларнинг ишларида кўриб
чиқилган.
Толали материалларни намлаш технологияси бўйича назарий
методологик асосларини ѐритувчи фундаментал масалалари билан боғлиқ
тадқиқотлар бир қатор олимлар томонидан олиб борилган, жумладан, А.П.
Лыков, Р.П. Никитин, А.П. Парпиев, А.Е. Лугачев, А.М. Гуляев, Б.М.
Мардонов, Р.П. Саидов, Л.С. Рябинская каби олимлар томонидан тадқиқ
қилинган ва маълум даражадаги ижобий натижаларга эришилган.
Толали материалларни намлаш учун самарали технологияни яратиш ва
уни амалга ошириш учун маҳаллий пахта тозалаш корхоналарининг
технологик тизимида қўллашга мослаштирилган самарали ускуналарни
яратиш
муаммоси
ҳозирги
вақтгача
ҳал
этилмаган.
Хорижий
мамлакатларнинг пахта тозалаш корхоналарида қўлланилаѐтган пахта ва
пахта толасини намлаш усулларининг таҳлили уларнинг самарадорлигини
етарли эмаслигини кўрсатди. Пахта саноатимиздаги технологик жараѐннинг
ва қўлланиладиган маҳаллий асбоб-ускуналар тизимининг ўзига ҳослиги
7
хорижий пахтани ва пахта толасини намлаш қурилмаларидан фойдаланишга
имкон бермайди. Бундан ташқари, HVI халқаро кўрсаткичларига ѐндашиб
пахтани намлаш кўрсаткичларининг тола сифатига кўрсатадиган таъсирини
ўрганиш бўйича илмий изланишлар ҳозирги кунгача деярли олиб
борилмаган.
Диссертация мавзусининг диссертация бажарилган олий таълим
муассасасининг
илмий-тадқиқот
ишлари
билан
боғлиқлиги.
Диссертация тадқиқоти Тошкент тўқимачилик ва енгил саноат институти
ҳамда «Пахтасаноат илмий маркази» АЖ илмий-тадқиқот ишлари режаси
нинг Ф-4-06. «Пахта тозалаш корхоналарининг технологик жараѐнида пахта
хомашѐсини ва толасини намлашнинг илмий асосларини ишлаб чиқиш»
(2013-2017); ИТД А3-001. «Пахта хомашѐсини жинлашдан олдин
материалнинг табиий хусусиятларини сақлаб қолиш мақсадида намлашнинг
самарали технологиясини ишлаб чиқиш» (2015-2017) мавзусидаги
фундаментал ва амалий лойиҳалар доирасида бажарилган.
Тадқиқотнинг мақсади
толали материалларнинг табиий хусусият
ларини сақланиб қолинишини таъминлайдиган босқичма-босқич намлашнинг
юқори самарали технология, ускуна ва усулларини ишлаб чиқишдан иборат.
Тадқиқотнинг вазифалари:
зарур назарий тадқиқотларни амалга оширган ҳолда пахта хом
ашѐсининг капиляр-ғовак модда моделида намлик ўтиш жараѐнининг
алгоритмларини яратиш, пахта хомашѐси намлагичининг конструктив
параметрларини аниқлаш;
пахта хомашѐси намлагичининг ва намлаш агенти генераторининг
технологик параметрларини асослаш;
пахта
хомашѐси
намлигини
ишлаб
чиқариладиган
пахта
маҳсулотларининг сифат кўрсаткичларига, маҳсулот чиқиши ва унинг
технологик хусусиятларига таъсирини асослаш;
пахтани жинлашдан олдинги намлигининг массавий улушини рационал
қийматларини аниқлаш;
титилган пахта толасига намлаш агентини контакли актив усулда таъсир
этишида толага намлик сўрилиши механизмини, пахта толаси намлагичининг
конструктив ўлчамларини аниқлаш;
пахта толасини титиш ва уни бутун ҳажми бўйича намлашга асосланган
тола намлагичининг иш жараѐнини такомиллаштириш усулини яратиш; пахта
толаси намлиги кўрсаткичларини узоқ сақланганда унинг сифат
кўрсаткичларига таъсирини асослаш;
намлаш агентининг рационал қийматларини ва пресслашдан олдин тола
намлиги массавий нисбатининг рационал кўрсаткичларини ишлаб чиқиш;
пахта хомашѐсини жинлашдан ва пахта толасини эса пресслашдан олдин
намлашнинг комплекс технологиясини ишлаб чиқиш.
Тадқиқотнинг объекти
сифатида пахта хомашѐсини жинлашдан ва
пахта толасини пресслашдан олдин намлаш технологияси қаралади.
Тадқиқотнинг предмети
пахта хомашѐси ва пахта толасининг таркибий
қисмлари намликни олувчи материаллари ташкил этади.
8
Тадқиқотнинг усуллари
. Тадқиқотларда назарий ва амалий механика,
иссиқлик техникаси, математик статистика ва ҳисоблаш математикаси
усулларидан, копмьютер дастурий таъминотидан фойдаланилган, ҳамда
пахта толаси сифатини баҳолашнинг замонавий ўлчов асбоблари
қўлланилган.
Тадқиқотларнинг илмий янгилиги
қуйидагилардан иборат: пахтани
жинлаш жараѐнидан олдин намлашнинг янги қурилмалари ишлаб чиқилган;
пахта толасини пресслаш жараѐнидан олдин намлашнинг янги усуллари
ва қурилмалари ишлаб чиқилган;
фаоллаштирилган ва тузли эритмалар қўлланилган ҳолда толали
материалларни намлашнинг усуллари ишлаб чиқилган;
пахта хомашѐси ва пахта толасини намлаш қурилмаларининг рационал
технологик ва конструктив кўрсаткичлари аниқланган;
пахта хомашѐси ва пахта толасининг дастлабки намликларини жинлашда
олинадиган пахта маҳсулоти ва прессланаѐтган пахта толасининг сифат
кўрсаткичларига таъсири аниқланган;
пахта хомашѐсини жинлашдан ва пахта толасини эса пресслашдан олдин
намлашнинг янги комплекс технологиялари ишлаб чиқилган.
Тадқиқотнинг
амалий натижаси
қуйидагилардан иборат: пахта хомашѐсини жинлашдан
олдин намлаш учун янги самарали технологияси, уни амалга оширишда
қўлланиладиган янги қурилма яратилган ва ишлаб чиқаришга жорий этилган;
пахта хомашѐсини намлаш учун ишлаб чиқилган қурилманинг рационал
технологик ва конструктив параметрлари аниқланган;
пахта толаси ва чигит чиқиши пахтанинг намлигига боғлиқлик
кўрсаткичлари баҳоланган, натижада пахта маҳсулотларининг табиий
хусусиятларини сақлаб қолишни таъминлайдиган ва унинг чиқимини
оширадиган пахтани намлаш технологиясини тавсия этилган;
янги қурилма қўлланиладиган пахта толасини тойлашдан олдин
намлашнинг технологияси ишлаб чиқилган ва ишлаб чиқаришга жорий
этилган;
толани намлашнинг рационал кинематик, конструктив ва технологик
ўлчамларини танлаш учун аналитик ва назарий боғлиқлик тенгламалари
аниқланган, натижада толани намлаш қурилмаси ишлаб чиқилган ва
тайѐрланган;
дастлабки намлиги ҳар хил бўлган пахта толасини узоқ муддат
сақланганда тола сифати кўрсаткичларини баҳолаш ва унинг хусусиятларини
комплекс прогнозлаштириш амалга оширилган, давлат стандартига пахта
толасини намлашнинг янги чегаравий меъѐрлари киритилган.
Тадқиқот натижаларининг ишончлилиги
пахта хомашѐси ва пахта
толасининг компонентлари томонидан сорбция жараѐнининг математик
моделлари қурилганлигига, улар ўрганилаѐтган соҳада маълум бўлган
баҳолаш мезонлари бўйича ҳисоблаш тажрибалари таҳлили ва
9
моделлаштириш натижаларининг тажрибавий маълумотлар билан
таққослашга асосланади.
Тадқиқот натижаларининг илмий ва амалий аҳамияти.
Тадқиқот
натижаларининг илмий аҳамияти пахта хомашѐси намлагичининг нови
узунлиги
бўйлаб
намликни
олиш
жараѐнида
намлагичнинг
иш
унумдорлигига ва намлаш агентининг миқдорига боғлиқлиги, новда
харакатланаѐтган пахта хомашѐсига намлагичдан берилаѐтган намликни
математик моделлаштириш масалалари ечимини олинганлиги, толали
массанинг алоҳида парчаларга бўлиниш жараѐнининг технологияси тола
зарраларининг титувчи барабанлардан қисувчи валикларгача ҳаракати
давомида намликнинг кўчиш механизми ўрганилганлиги, пахта толасини
намлаш қурилмасида қисувчи валиклар зонасида қисилиш жараѐнида толали
массадаги намлик миқдорини аниқлаш учун ҳисоблаш модели олинганлиги
билан изоҳланади.
Тадқиқотнинг амалий аҳамияти яратилган намлаш қурилмаси, намлаш
агент генератори ҳамда самарали намлаш агентлари пахта хомашѐси
жинлашдан ва пахта толасини пресслашдан олдин зарур даражада бир текис
намланишини, толали материалнинг табиий хусусиятларини сақланишини
таъминлайди ва дастлабки намлиги ҳар хил бўлган пахта толасини узоқ
муддат сақланганда тола сифати кўрсаткичларини баҳолаш ва унинг
хусусиятларини комплекс прогнозлаштиришни амалга оширади, бу эса
давлат стандартига пахта толасини намлашнинг янги чегаравий меъѐрларини
киритишга асос бўлади.
Тадқиқот натижаларининг жорий қилиниши
. Пахта тозалаш
корхоналарида толали материалларни намлашнинг комплекс технологиясини
яратиш бўйича ишлаб чиқилган илмий натижалар асосида:
Технологик жараѐндаги толали материалларни намлаш усулларига
Ўзбекистон Республикаси Интеллектуал мулк агентлигининг тўртта ихтирога
патенти олинган («Толали материалларни намлаш усули ва уни амалга
оширувчи қурилма», №IАP 02733–2005 й.; «Толали материалларни намлаш
усули», №IАP 02731, №IАP 02732 – 2005 й.; №IAP 03995 – 2009 й.). Илмий
натижалар
босқичма-босқич
пахта
ва
унинг
толасини
намлаш
технологиясини яратиш имконини берган;
пахта хомашѐсини жинлашдан ва пахта толасини эса пресслашдан олдин
намлаш технологиялари ҳамда толали материалларнинг намлигини аниқлаш
қурилмаси “Ўзпахтасаноатэкспорт” Холдинг компанияси корхоналарида,
жумладан Тошкент вилояти Чиноз экспериментал ҳамда Бўка пахта тозалаш
корхоналарининг технологик тизимига ва Ўзбекистон «Сифат» Марказининг
бўлинмалари
қошидаги
лабораторияларида
жорий
этилган.
(«Ўзпахтасаноатэкспорт» Холдинг компаниясининг 2016 йил 30 мартдаги
МА-Э/431ХК-сон маълумотномаси). Илмий тадқиқот натижаларининг ишлаб
чиқаришга жорий этилиши пахта толаси ассортиментининг сифатини 5 %га
яхшиланишини, ўров ва боғлов материалларининг сарфини ва транспорт
харажатларини 1,4 %га
10
камайишини таъминлайди, намликнинг меъѐрдан камлиги сабабли нархдан
чегириш ҳолатларига барҳам берилади.
Тадқиқот натижаларининг апробацияси
. Тадқиқот натижалари 30
дан ортиқ илмий-техник анжуманларда, жумладан: «Молодые ученые -
развитию текстильной и легкой промышленности» (Россия Федерацияси,
Иваново, 2007-2008 й.й.), «Современные наукоемкие технологии и
перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Россия
Федерацияси, Иваново, 2013 й.), «Новое в технике и технологии в
текстильной и легкой промышленности» (Беларусь Республикаси, Витебск,
2015 й.), «Развитие науки в XXI веке» (Украина Республикаси, Харьков, 2015
й.), “Cotton: Connecting high tech and nature” (Германия, Бремен, 2016 й.)
республика
ва
халқаро
илмий-амалий
конференцияларда
маъруза
кўринишида баѐн этилган ҳамда апробациядан ўтказилган.
Тадқиқот натижаларининг эълон қилиниши.
Диссертация мавзуси
бўйича жами 46 та илмий ишлар чоп этилган, шулардан, Ўзбекистон
Республикаси Олий аттестация комиссиясининг докторлик диссертациялари
асосий илмий натижаларини чоп этиш тавсия этилган илмий нашрларда 12 та
мақола нашр этилган ва Ўзбекистон Республикасининг 4 та патенти олинган.
Диссертациянинг тузилиши ва ҳажми
. Диссертация таркиби кириш,
олтита боб, хулоса, фойдаланилган адабиѐтлар рўйхати ва иловалардан
иборат. Диссертациянинг ҳажми 200 бетни ташкил этган.
11
ДИССЕРТАЦИЯНИНГ АСОСИЙ МАЗМУНИ
Кириш
қисмида ўтказилган тадқиқотларнинг долзарблиги ва зарурати
асосланган, тадқиқотнинг мақсади ва вазифалари, объект ва предметлари
тавсифланган, республика фан ва технологиялари ривожланишининг устувор
йўналишларига мослиги кўрсатилган, тадқиқотнинг илмий янгилиги ва
амалий натижалари баѐн қилинган, олинган натижаларнинг илмий ва амалий
аҳамияти очиб берилган, тадқиқот натижаларини амалиѐтга жорий қилиш,
нашр этилган ишлар ва диссертация тузилиши бўйича маълумотлар
келтирилган.
Диссертациянинг
“Пахта хомашѐси ва пахта толасини намлаш
муаммосининг ҳозирги ҳолатини баҳолаш”
деб номланган биринчи боби
толали материалларни намлаш технологик жараѐни ва технологик
жараѐндаги техникаларнинг ҳозирги ҳолатини таҳлилига бағишланган.
Ўтказилган таҳлилларга кўра республика пахта тозалаш саноати ишлаб
чиқарадиган пахта толаси ўртача 5 фоиз намликка эга бўлиши амалдаги
технологиянинг камчилигидан далолат беради ва бу ҳолат толали
материалларни намлашнинг янги самарали усуллари ва уни амалга оширувчи
қурилмаларни ишлаб чиқиш зарурлигини билдиради.
Толали
материалларни
намлаш
жараѐнининг
техника
ва
технологияларига тегишли адабий манбалар, илмий-тадқиқот ишларининг
таҳлили давомида аниқландики, ҳозирда пахта хомашѐси ва пахта толасини
намлашнинг мавжуд маҳаллий ва хорижий усуллари етарли даражада
самарадорликка эга эмас, намликни керакли миқдорда ошириб беролмайди
ҳамда технологик ва конструктив камчиликларга эга. Ўтказилган тадқиқот
натижалари умумлаштирилди, пахта хомашѐси ва пахта толасини намлаш
усулларининг классификацияси шаклида тизимга туширилди.
Пахта хомашѐси ва пахта толасини намлаш масаласининг ҳозирги
ҳолатини ўрганиш шу нарсани кўрсатдики, тойлардаги толанинг намлигини
технологик меъѐрий кўрсаткичларга етказиш учун толали материални 1,5-2,0
% намлаш зарур. Технологик жараѐннинг биргина нуқтасида намликни бир
неча фоизга оширишга эришишга жаҳондаги мавжуд бирорта хам толали
материалларни намлаш технологиялари имкон бермайди. Шу сабабли, пахта
хомашѐсини жинлашдан олдин ва пахта толасини пресслашдан олдин
намлашнинг комплекс, босқичма-босқич технологиясини ишлаб чиқиш
зарурлигини таъкидланди.
Диссертациянинг
“Пахта хомашѐси ва пахта толасини намлаш
жараѐнларининг самарасини ошириш усулларини ишлаб чиқиш”
деб
номланган иккинчи бобида пахта хомашѐси ва толасининг тузилиши ва
хусусиятлари тўғрисидаги маълумотлар иссиқлик ва масса алмашинуви
масалалари билан боғлиқ ҳолда акс эттирилган. Пахта хомашѐси таркибий
қисмларининг тузилиши, унинг намлик билан ўзаро таъсири, намлаш соҳаси
бўйича аналитик тадқиқотлар тўғрисида адабиѐтлардаги маълумотлар таҳлил
қилиниб бир тизимга туширилган.
12
Пахта хомашѐси ва пахта толаси намланиш жараѐниниг таҳлилий
тадқиқотлари асосида шу нарса аниқландики, пахта хомашѐси таркибий
қисмлари ўзининг турли хоссалари ва ички тузилиши билан тавсифланади,
бу эса уларнинг гигроскопик ва намлик сиғими хусусиятлари хар хил
бўлишини билдиради. Пахта хомашѐсини намлашнинг энг самарали усули
аниқланиши бўйича – титилган толали материалга юқори нисбий намликка
(80-90 % атрофида) ва юқори ҳароратга (50-70 С°) эга ҳаво ѐрдамида намлаш
агентининг интенсив аэродинамик таъсири остида намликни шимиб олиши
орқали рўй беради.
Маҳаллий ва хорижий олимларнинг олиб борган тадқиқотлари
натижалари пахтани дастлабки ишлашнинг ҳар бир жараѐнида пахта
хомашѐси, пахта толасининг технологик намлигини керакли параметрларга
эга бўлиши муҳим эканлигини таъкидлайди. Аввал олинган натижалар шуни
кўрсатдики, ўта қуруқ (намлиги 5 фоизгача) пахта хомашѐси жинланганда,
механик шикастланиш ва қусурларнинг ортиши ҳисобига тола узунлигининг
камайишига олиб келади. Аксинча, юқори намликка эга (8,5 % кўпроқ) пахта
хом ашѐси жинланганда жинларнинг иш унумдорлиги пасайишига,
чигитларнинг механик шикастланишига ва турли тарздаги қусурларнинг
пайдо бўлишига олиб келади. Шу сабабларга кўра маҳаллий ва хорижий
амалиѐтда пахта хомашѐсини жинлашдан олдин 7,5-8,5 % намлаш тавсия
этилади.
Пахта толасини пресслашдан олдин намлаш толадаги статик
электрланганлик даражасини пасайтиради,тойларни меъѐрий массасига
етказиш учун керак бўладиган тола ҳажмини камайтиради, пресснинг тойлаш
вақтидаги зичловчи кучини ҳам пасайтиради. Пахта толасини пресслашдан
олдин оптимал технологик намлиги 7,5-8,5 % оралиқда бўлиши лозим.
Диссертациянинг
“Пахта хомашѐсини намлашнинг янги усулини
ишлаб чиқиш”
деб номланган учинчи бобида ишлаб чиқиладиган пахта
хомашѐсини намлаш технологиясига мос келадиган асословчи мезонлар
аниқланган.
Ишлаб чиқилаѐтган пахта хомашѐсини намлагичи намлаш камераси
кўринишида бўлиб, уни УХК (1ХК) пахта тозалаш агрегатининг қия чиқиш
тарновига ўрнатиш тавсия этилади. Намлагичнинг иш принципи УХК (1ХК)
пахта тозалаш агрегатидан чиқаѐтган пахта хомашѐсининг оқимига юқори
намликка (нисбий намлиги 85-90 % атрофида ва юқори ҳарорат 70 С°
атрофида) эга бўлган намлаш агентини йўналтирган ҳолда ишлашдан иборат.
Намлаш агентини пахта хомашѐсининг қия нов бўйлаб тушиб келаѐтган
оқимига йўналтиришни ташиш юзаси томонидан амалга ошириш кўзда
тутилган. Бунинг учун нов юзасининг ўзинамлаш агенти ўтишини
таъминлаш учун жалюзали панжара кўринишида ишланган. Бу ҳолатда,
пахта чиқариш новининг жалюзали юзасида харакатланаѐтган пахтанинг
юпқа қатламига жалюзали юзанинг тирқишларидан чиқадиган намлаш
агенти буғи билан ишлов берилади. Иссиқлик ва масса алмашинуви
жараѐнларининг самарадорлигини ошириш мақсадида, хусусан намлаш
агентининг ишланаѐтган толали чигитларга аэродинамик тасирини
13
таъминлаш мақсадида камеранинг юқори қисмида ишлатилган намлаш
агентини сўриб олиш учун диффузор кўринишидаги қувурча улаб қўйилиши
тавсия этилди.
Жараѐннинг тугал схемасини аниқлаш, пахта хомашѐсини намлаш янги
қурилмасининг техник ва конструктив параметрларини аниқлаш учун
намлаш жараѐни параметрларининг назарий тадқиқотлари ўтказилди.
Хусусан, намлагич новида ҳаракатланаѐтган пахта хом ашѐси оқимининг
босим, зичлик, тезлик ва намлик қийматларининг ўзгариш тавсифлари
таҳлил қилинди.
Оғирлик кучи таъсири остида пахта хомашѐсининг ўзгармас ва бир ўлчамли
ҳаракати Эйлернинг оқим учун тенгламаси билан ифодаланади:
dv v S
(1)
d Sp
( }
ρ
=
−
+
ρ
gS
α
−
μ
α
dx
dx
(sin cos )
бу ерда -оқим тезлиги,
ρ
-оқим зичлиги,
p
-новнинг
ихтиѐрий
кесимидаги оқим босими,
α
- нов ва горизонтал юза орасидаги бурчак,
µ
-
пахта хомашѐси оқимининг ва новнинг юзаси орасидаги ишқаланиш
коэффициенти, g=9,81 м/с
2
эркин тушиш тезланиши.
(1)-тенгламани ечиш учун новдаги ихтиѐрий кесим юзасидан ўтаѐтган
оқим сарфининг сақланиши (доимийлиги) қонуни ва қуйидаги зичлик ҳамда
босим ўртасидаги боғлиқликни ифодаловчи формуладан (ҳолат тенгламаси)
фойдаландик:
0 0 0
Q
0
ρ
Sv
=
ρ
S v
=
,
ρ
=
f
(
p
)
(2)
бу ерда,
0 0 0
ρ
,
v
,
S
- новнинг бошланғич кесим юзасидаги зичлик, тезлик
ва кесим юзаси майдони,
- толали материалнинг сарфи.
Новнинг кўндаланг кесим юзаси майдони
S
пахта хомашѐсининг зичлиги
ҳамда босими ўртасидаги боғлиқликни ўзгарувчи бўйлаб ифодаловчи
функция
f
, бўлиб, қуйидаги чизиқли қонунлар бўйича ўзгаради:
S
=
S
−
kx l
,
( )
0
(1 / )
f
=
ρ
+
В p
−
p
(3)
0 0
бу ерда,
0 0 0
S
=
L h
,
0 1 0
k
=
(
L
−
L
)/
L
- новнинг торайиш коэффициенти,
- новнинг бошланғич ва охирги кесим юзаларидаги эни, м,
0
h
- новнинг
қалинлиги, м,
В
- мойиллик коэффициенти,с
2
/м
2
.
Тезлик ва зичликни (2) ифода ѐрдамида чиқариб ташлаб, тенглама (1) ни
босим
p
{
x
)
-га нисбатан қуйидагича ѐздик;
2 2
Q pf p S
⎥
⎦⎤
S f p
( )
−
( )
dS
⎢
⎣
⎡
+
−
2
f p gS
α
μ
α
dp
(4)
0
=
( ) (sin cos )
dx
2 2
2
−
′
3
dx
f p S Q f p
( ) ( )
0
f p S
( )
1-расмда пахта хомашѐси оқими зичлиги ва тезлигининг нов узунлиги
бўйлаб тарқалиш графиклари акс эттирилган. Ҳисобларда:
=6000 кг/соат,
=10 кг/м
3
,
=1,9 м,
=0,4 м,
l
=2 м, =0,04 м,
α
=60° градус,
B
=0,008с
2
/м
2
,
p p gl
0
=
/
ρ
=0,025 тенг деб қабул қилинган.
14
1-расм. Пахта хомашѐси оқими зичлиги ва тезлигининг нов узунлиги бўйлаб
тарқалиш графиклари
Келтирилган графиклардан кўриниб турибдики, қабул қилинган
дастлабки маълумотларда пахта хомашѐсининг параметрлари чизиқли қонун
бўйича ўзгаради.
Доимий намликка эга бўлган намлаш агенти ва пахта хомашѐси оқими
ўртасидаги намлик
алмашиш жараѐни Ньютон қонунига кўра рўй беради.
Намлик кўчирилишининг тенгламаси қуйидаги кўринишда ѐзилади:
dw
Cv x
=
β
c
−
(5)
( ) (
w w
)
dx
бу ерда, - пахта хомашѐсининг
намлик сиғими,
β
- пахта хомашѐси ва
намлиги
бўлган ҳаво ўртасидаги намлик алмашинуви коэффициенти,
v
=
Q f p S x
.
0
/ ( ) ( )
(4) ва (5) тенгликлар пахта хомашѐси оқими зичлиги ва тезлигини
аниқлашга имкон берадиган тенгламалар системасини ҳосил қилади ва у
p
=
p
,
w
=
w
0
(
х
=
0
га тенг бўлганда) бошланғич шартларда интегралланади.
0
2-расмда намлик агентининг турли қийматлари учун новнинг узунлиги
бўйлаб намлик тарқалиш графиклари келтирилган. Ҳисобларда:
=6000
кг/соат,
=10 кг/м
3
,
=1,9 м,
=0,4 м,
l
=2 м,
=0,04 м,
α
=60° градус,
B
=0,008 с
2
/м
2
,
β
l
ρ
0
S
0
/
Q
0
C
=0,1,
p p gl
0
=
/
ρ
=0,025 тенг деб қабул қилинган.
1
−
w
c
=
30%
,
2
−
w
c
=
50%
,
3
−
w
c
=
80%
2-расм. Намлаш агенти нисбий намлиги
w
нинг турли қийматлари учун новнинг
узунлиги бўйлаб намлик
w
c
нинг тарқалиши
15
Графиклар таҳлилидан маълум бўлишича, пахта хомашѐси томонидан
намликни шимиб олиш (сорбциялаш) жараѐнлари намлаш агенти нисбий
намлигининг юқори параметрларида энг интенсив ҳолда рўй беради.
Пахта хомашѐсининг ҳар бир компонентида намлик алмашинуви
жараѐнлари Ньютон қонунига кўра, нафақат ташқи муҳит билан, балки
компонентлар орасида ҳам рўй беради. Пахта хомашѐсининг компонентлари
ва ташқи муҳит (ҳаво) ўртасида Ньютоннинг кубли боғланишга кўра ва
компонентлари ўртасида чизиқли қонун бўйича амалга ошади.
( )
1
w x
ва
( )
2
w x
орқали оқимнинг ихтиѐрий кесимидаги толалар ва
чигитларнинг намлигини белгилаймиз. Намлик кўчишининг тенгламаси
қуйидагича ѐзилади:
dw
d
⎜
⎝⎛
dw
k w
⎞
3
1
w w w w
1
(1 ) ( ) ( ) ( ) ( )
1 2 2 1
−
=
β
β
(6)
m v x
⎟
+
c c
−
+
−
dx
dx
1 1
dx
⎠
1 1
dw
d
⎜
⎝⎛
dw
k w
⎞
3
2
w w w w
2
=
β
β
(7)
mv x
⎟
+
c c
− − −
( ) ( ) ( ) ( )
1 2 2 1
dx
dx
2 2
dx
⎠
2 2
бу ерда,
m
- пахта хомашѐси ҳажм бирлигидаги чигитларнинг ҳиссаси,
k
u
- тола (
i
=
1
) ва (
i
=
2
)- чигитларнинг намлик ўтказиш коэффициентлари,
( )
i i
β
1
c
,
β
2
c
– тегишли ҳолда тола ва ҳаво,
β
12
- чигитлар ва ҳаво ўртасидаги
намлик алмашинуви коэффициентлари. Оқим тезлиги босим орқали қуйидаги
формула билан ифодаланади
/ ( ) ( )
v
=
Q f p S x
.
0
(4), (6), (7) тенгликлар
p
-босимни, пахта хомашѐси оқимидаги
компонентлар намлиги
w
1
ва
w
2
ни аниқлаш учун тенгламалар системасини
ҳосил қилади ва қуйидаги чегаравий шартларда интегралланади
0
p
=
p
,
w
1
=
w
10
,
w
2
=
w
20
x
=
0
га тенг,
w
1
=
w
11
,
w
2
=
w
21
x
=
l
га тенг бўлганда.
2
d w
i i
, (
i
=
1,2
) ҳадлари диффузион ташкил
(6), (7) тенгламаларда
2
k w
i
( )
dx
этувчилар бўлиб, уларни қатламнинг катта тезликларида ҳисобга олмаса ҳам
dw
2
ҳосилаларга нисбатан
dw
1
ва
dx
бўлади. Бу ҳолда (6), (7) тенгламалар
dx
ечилади:
2 2 3 1
i
−
i i
−
i
−
i
′
i ic c
−
i
+
− −
mv x m v x k w w w w w
( ) ( ) 4 ( )[ ( ) ( 1) (
]
dw dx
β
β
(
i
=
1,2
) (8)
1 2 2 1
=
mv x
i
бу ерда,
m
1
=
1
−
m
,
m
2
=
m
.
3-расмда тола
( )
w
1
( )
ξ
ва чигитлар
( )
w
2
ξ
намлигининг ўлчамсиз ξ=x/l
координатлар системасида нов узунлиги бўйлаб
m
=0,6 қиймати учун (пахта
хомашѐси таркибидаги чигитнинг ўртача миқдори – 60 фоиз бўлганда)
тарқалиш графиги келтирилган. Ҳисобларда:
=6000 кг/соат,
=10 кг/м
3
,
=1,9 м,
=0,4 м,
l
=2 м,
=0,025 м,
Па,
B
=0,008 с
2
/м
2
,
µ
=0,3,
α
=60° градус,
1
k
1
′=
k
2
′=
,
,
,
,
β
1
c
=0,005 с
-1
,
β
2
c
=0,003с
-1
,
β
12
= 0,001 с
-1
га тенг деб қабул қилинган.
16
а)
б)
3-расм. Тола ва чигитлар намлигининг нов узунлиги бўйича тарқалиши
Ҳисоблар натижаларининг таҳлили кўрсатиши бўйича, ҳар бир
компонентнинг намлиги нов узунлиги бўйлаб чизиқли қонун бўйича
тарқалади. Бунда масаланинг танланган параметрлари учун қаттиқ
компонентдаги (чигитлардаги) намлик аҳамиятсиз даражада ошади.
Шундан сўнг, ўйланган технологик жараѐн бўйича пахта хомашѐси
оқими намлаш агенти билан биргаликда эжекцион воронкага узатилади ва
нов охирида ўрнатилган вертикал қувурга сўрилади ва у ерда аррали жинлар
батареяси таъминлагичининг устига ўрнатилган сепараторлар ҳосил қилган
бўшлиқ ҳисобига жинларга тушади. Ушбу бобда қувурнинг вертикал ҳаво
оқимида ҳаракатланаѐтган пахта хомашѐси ва унинг компонентлари намлаш
масаласи кўп фазали муҳитларнинг намлик алмашиш жараѐнлари ҳисобга
олинган ҳаракат назариясини қўллаш асосида назарий жиҳатдан ўрганиб
чиқилди.
Фараз қиламиз, қаттиқ зарралар (чигитлар) ва толалар зичлик
( )
2
ρ
x
ва
тезлик
( )
u x
билан ҳаракатланаѐтган яхлит механик системани ташкил этади.
2
Қувурнинг ихтиѐрий кесим юзасидаги оқимнинг ва пахта хомашѐсининг
ҳаракати тенгламаси Х.А. Рахматулиннинг кўп компонентли муҳит моделига
кўра қуйидагича ифодаланади:
∂
u
ρ
∂
p
ρ
,
(9)
1 1
1 1
k u u
u
+
д
−
=
−
∂
x
( )
0 2 1
ρ
∂
∂
u
ρ
1
∂
p
x
ρ
g
+
ρ
2
(10)
2 2
2 2
k u u
u
+
д
−
=
−
∂
x
( )
0 1 2
ρ
∂
2
x
бу ерда,
1
u
,
1
ρ
- ҳавонинг тезлиги ва келтирилган зичлиги,
p
- иккала
компонент учун умумий босим,
д
k
- ўзаро таъсир коэффициенти.
Таркибида қаттиқ зарралар ва ҳаво бўлган пахта хомашѐси массаси
ҳаракатдаги оқимида намлик кўчишининг стационар тенгламаси Ньютон
қонуни бўйича қуйидаги кўринишга эга:
∂
w
β
β
, (11)
1
u
=
−
+
−
1
w w w w
( ) ( )
∂
x
∂
w
2
1 3 3 1 1 2 2 1
β
β
, (12)
u
=
−
+
−
2
w w w w
( ) ( )
∂
x
2 3 3 2 1 2 1 2
17
∂
w
3
β
β
(13)
u
=
−
+
−
2
w w w w
( ) ( )
∂
x
бу ерда,
( )
1
w x
,
( )
1 3 1 3 2 3 2 3
2
w x
,
( )
3
w x
-тегишли ҳолда ҳаво, пахта хомашѐси толаси
ва чигитининг намлиги,
β
12
ва
β
13
ҳаво, пахта хомашѐси
толаси ва чигити
ўртасида намлик алмашинуви
коэффициенти,
β
23
- пахта хомашѐси
компонентлари ўртасидаги намлик алмашинуви коэффициенти. 4-расмда
қувур узунлиги бўйлаб пахта хомашѐсини қувурга узатилиш тезлигининг
икки қиймати учун тола намлиги ўзгаришининг
w
1
w
1
H
=
,
w
2
=
w
2
H
,
w
3
=
w
3
H
бошланғич шартлари учун
x
=
0
га тенг бўлгандаги графиклари
келтирилган. Ҳисобларда қўшимча равишда қуйидагилар
30
u
1
=
м/с,
80
w
1
Н
=
%,
9
w
2
Н
=
%,
12
w
3
Н
=
%,
қилинган.
β
12
=0,015 с
-1
,
β
13
=0,005 с
-1
,
β
23
=0,01 с
-1
қабул
u
5
м
/
c
20
=
u
15
м
/
c
20
=
4-расм. Қувур узунлиги бўйлаб пахта хомашѐсини қувурга узатилиш тезлиги
20
u
нинг икки қиймати учун тола намлиги (
w
2
) нинг ўзгариши
Графикларнинг таҳлили шуни кўрсатадики, пахта хомашѐсини қувурга
узатилиш тезлиги тола таркибидаги намликнинг пасайишига олиб келади.
Диссертациянинг
“Пахта хомашѐсини намлаш учун янги қурилмани
ишлаб чиқиш ва уни синаш”
деб номланган тўртинчи бобида пахта
хомашѐсини жинлашдан олдин намлаш қурилмасини ва намлаш агенти
генераторини ишлаб чиқиш бўйича амалга оширилган ишларнинг
натижалари келтирилган. Ўтказилган экспериментал тадқиқотлар давомида
пахта хомашѐсини жинлашдан олдин намлашнинг толали материалнинг
табиий хусусиятлари сақланишини ва чиқимининг оширилишини
таъминлайдиган рационал параметрлари аниқланган.
Ўтказилган таҳлилий ва назарий тадқиқотлар натижалари бўйича УХК
(1ХК) агрегатидан чиқиб турган юпқа ва титилган хомашѐ қатламини иссиқ
ва намли намлаш агент билан ишлов бериш кўзда тутилган пахта
хомашѐсини намлаш қурилмаси УХС нинг бир неча варианти ишлаб
чиқилди. Шундай қурилманинг намлаш камераси (бункер) кўринишидаги
18
бир варианти УХК (1ХК) агрегатининг тушириш новида ўрнатилгани 5-
расмда келтирилган.
Жараѐн давомида тозаланган ва титилган пахта хомашѐси УХК (1ХК)
агрегатидан бир текис оқим бўлиб чиқади ва бункер 1 нинг жалюзали 2
панжарасининг юқори девори бўйлаб ҳаракатланади, бунда 7 буғ ҳосил
қилгичдан 6 қувур бўйлаб 3 камерага 5 форсункалар орқали босим остида
иссиқ буғ кўринишидаги намлаш агенти узатилади. У эса ўз навбатида пахта
хомашѐсининг титилган оқимини 2 жалюзали панжаранинг тирқишлари
орқали, 9 қисқа қувур орқали сўрилиши ҳисобига намлайди. Шундан сўнг
пахта хомашѐсининг намланган оқими иссиқ намлаш агенти билан бирга 1
бункернинг қуйи қисмига харакатланади ва бу ерда 11 ташиш қувурига
уланган эжекцион 10 воронкага уланган 11 қувур орқали жинлаш батареясига
етказилади.
Юқорида келтирилган усул ва пахта хомашѐсини жинлашдан олдин
намлаш қурилмаси Ўзбекистон Республикасининг фойдали модел учун UZ
№FAP 00800 сонли “Пахта хомашѐсини намлаш қурилмаси” ва UZ №FАР
00957 сонли “Пахта хомашѐсини намлаш қурилмаси” номли патентлари
билан ҳимояланган.
1-
бункер, 2- жалюзали панжара, 3- иссиқ намлаш агентини узатиш камераси, 4 - бункернинг
пастки девори, 5- форсунка, 6- қувур, 7- намлаш агенти генератори,
8- бункернинг қарама-қарши девори, 9 -иссиқ намлаш агентини сўриб олувчи қисқа қувур,
10 -эжекцион воронка, 11- ташиш қувури
5-расм. Пахта хомашѐси намлагичининг умумий кўриниши ва схемаси
Ишлаб чиқилган намлаш агентининг генератори (5-расм) электродсимон
кўринишга эга бўлиб, буғ ва ҳавода чангланган ҳолдаги майда дисперсли
зарралар (яъни ҳўл буғ) аралашмаси кўринишидаги агент ишлаб чиқаришни
таъминлайдиган қурилмадан иборат. Буғ генераторининг унумдорлиги 0,75
л/мин. ѐки 45 л/соатни ташкил этади. Ишлаб чиқарилаѐтган буғнинг ҳарорати
140 С° , нисбий намлиги 100 % -га яқин. Атрофдаги ҳаво билан аралашганда,
ҳарорати 70 С° ва нисбий намлиги 80 фоиз бўлган буғ-ҳаволи
19
аралашма ҳосил бўлади. Тегишли ҳолда агентдаги сувли буғнинг ҳажм
оғирлиги
157,78 г/м
3
ни ташкил этади.
УХС русумли пахта хомашѐсини намлаш қурилмасини тажриба саноат
намунаси ЭБГ русумли намлаш агенти генератори билан агрегат кўринишида
малакавий синовлари Тошкент вилоятининг Чиноз пахта тозалаш
корхонасида ўтказилди ва қурилма пахта хомашѐсини 0,5 фоизгача
намланишини таъминлай олиш имкониятига эгалигини кўрсатди.
Турли миқдорда намланган пахта хомашѐсини жинлаш орқали олинган
пахта толасининг сифат кўрсаткичларини баҳолаш шуни кўрсатдики,
микронейр, пишиқлик, узайиш, нур қайтариш коэффициенти, сарғишлик
даражаси каби пахта толасининг кўрсаткичлари жинланаѐтган пахта
хомашѐсининг намлигига боғлиқ эмас ва амалда ўзгармай қолади. Бироқ,
жинланаѐтган пахта хомашѐсининг намлиги юқори ўртача узунлик, узунлик
бўйича бир хиллиги сингари кўрсаткичларга сезиларли таъсир кўрсатади.
Шунга асосан, 7,64 % намланган пахта хом ашѐсини жинлашдан
олинган толанинг юқори ўртача узунлиги 7,13 % намланган пахта
хомашѐсини жинлашдан олинган толанинг юқори ўртача узунлигидан 0,005
дюймга узунроқ эканлиги аниқланди. Пахта хомашѐси намлигининг бор йўғи
0,5 % ўзгариши толанинг модал масса узунлиги 0,2 мм га, штапел масса
узунлигини 0,21 мм га, ўртача масса узунлиги 0,82 мм га сақланишини
таъминлади. Намланмаган пахта хомашѐсини жинлашдан олинган тола
намуналаридаги калта толаларнинг фоизи намланган пахта хомашѐсиникига
нисбатан 2,13 фоизга юқорироқ бўлиб чиқди.
Жинлаш жараѐнидан олдинги пахта хомашѐсининг оптимал технологик
намлигини амалдаги селекцион навлар ва замонавий технологик ускуналар
тизимига қўлланган ҳолда илмий асослаш мақсадида жинлашдан олдинги
пахта хомашѐсини турли даражадаги дастлабки намлигининг пахта толаси
сифат кўрсаткичларига ва чиқишига таъсирини ўрганиш бўйича
экспериментал тадқиқотлар ўтказилди. Натижада намлиги 3,8 %, 6,5 % 8,1 %,
9,7 %, 10,7 % намликка эга бўлган пахта хомашѐси жинланганда, толанинг
энг юқори чиқиши пахта хомашѐсининг 8,1 % намлигида қайд этилди.
Синовлар давомида жинланаѐтган пахта хомашѐсининг намлиги толанинг
солиштирма узилиш кучи, юқори ўртача узунлик, калта толалар фоизи ва
узунлиги бўйича бир хиллиги каби кўрсаткичларга сезиларли таъсир
кўрсатиши аниқланди.
Шунга кўра, 10,7 % намликга эга пахта хомашѐси жинланганда олинган
толанинг юқори ўртача узунлиги, 3,8 % намликга эга пахта хомашѐси
жинланганда олинган толаникига нисбатан 0,025 дюймга ѐки 1 код штапел
узунлигига кўпроқ эканлиги қайд этилди. Бунда калта толалар фоизи 7,92 %
дан 6,69 %гача яъни 1,23 %га тегишли ҳолда камайди (6-расм).
Пахта толасининг чиқиш ва сифат кўрсаткичларини ўрганиш бўйича
амалга оширилган тадқиқотлар натижалари шуни кўрсатдики, жинлаш
технологияси учун пахта хомашѐсини жинлашдан олдинги энг оптимал
намлик диапазони 7,5-8,5% га тенг экан.
20
1
2
6-расм. Пахта хомашѐси намлигига боғлиқ ҳолда юқори ўртача узунлик (1) ва калта
толалар индекси (2) кўрсаткичларининг ўзгариш динамикаси
Қурилмани пахта тозалаш саноатига жорий этилишида келадиган
иқтисодий самарасини аниқлаш бўйича бажарилган ҳисоблар шуни
кўрсатдики, 1 тонна пахта толаси учун унинг миқдори 28839,36 сўмни
ташкил этади.
Диссертациянинг
“Пахта толасини намлашнинг янги усулини ишлаб
чиқиш”
деб номланган бешинчи бобида пахта толасини пресслашдан олдин
намлашнинг янги усулининг параметрларини назарий-экспериментал
тадқиқотлари келтирилган.
Таклиф этилаѐтган усул толанинг бутун ҳажми бўйлаб самарали ва бир
текис намликка тўйинишини таъминлайди. Қўйилган масала конденсордан
кейинги тола холстини алоҳида майда бўлакларга бўлган ҳолда махсус
камерада намлаш агенти билан намлаб, яна қайтадан пресслашдан олдинги
холст шаклига келтириш орқали ҳал қилинади.
Пахта толаси холсти намлагичнинг титувчи барабанлари зонаси орқали
ўтиш жараѐнида титилган толали масса ҳосил бўлади, сўнгра ундан чиқишда
оғирлик ва марказдан қочма кучларнинг таъсири остида алоҳида бўлакларга
бўлинади.
Титилиш зонасидаги муҳит мувозанати тенгламасини қуйидаги
кўринишда ѐзамиз:
dy
γ
(14)
( ) 0
−
yz
0
x
+
0
b
=
dx
k
2 2
γ
=
,
ρ
0
-
маҳсулотнинг
0
(
x
μ
R x
)
B
γ
z
=
+
− −
,
g
0
ρ
0
бу ерда
y
=
pb
,
0
LR
бошланғич (узатилгунга қадар)
зичлиги,
ρ
- материалнинг ихтиѐрий кесим
юзасидаги зичлиги,
b
=
b
(
x
)
-толали массанинг титилиш зонасидаги
ўзгарувчан қалинлиги, м,
μ
- материал холсти ва валиклар
ўртасидаги
ишқаланиш коэффициенти,
L
- валиклар эни, м,
a
- титилиш узунлиги, м,
21
R
- валиклар радиуси,м,
B
- тажриба йўли билан аниқланадиган мойиллик
коэффициенти, с
2
/м
2
,
k
- ѐн томондан босим коэффициенти. Маҳсулотнинг
ихтиѐрий юзасидаги босим
P
ва зичлик
ρ
қуйидаги формулалар билан
ҳисобланади:
p
=
y
(
x
)/
b
(
x
)
(15)
[1 ( )/ ( )]
0
ρ
=
ρ
+
By x b x
(16)
7-расм да титилиш баландлиги бўйлаб мойиллик коэффициенти
B
ва
барабанлар радиусининг
турли қийматларида зичликнинг тарқалиши
кўрсатилган. Ҳисобларда қуйидагича қийматлар қабул қилинган:
=0,14 м,
a
=0,14 м,
L
=1 м,
k
=0,5,
μ
=0,3,
=0,03 м,
=30
кг/м
3
.
4
3
2
1
=0,1 м
=0,25 м
4
3
2
1
1 - қора чизиқ –В=0,0002, 2 - яшил чизиқ – В=0,0005, 3 - кўк чизиқ –В=0,008,
4 - қизил чизиқ –В=0,0012
7-расм. Қисилиш баландлиги бўйлаб барабанларнинг турли қиймати
учун ва
мойиллик коэффициенти
B
(Па
-1
)
да
маҳсулот зичлиги
ρ
(кг/м
3
) нинг тарқалиши
(16)-чи ифодани
h
0
- қалинлик полосаси ва
a
- баландлик бўйича
интеграллаб, биринчи секцияда ажралаѐтган парчанинг массасини топамиз:
a
∫
0
ρ
( )
(17)
m Lh x dx
=
0
Интеграл (17) ни миқдор бўйича ҳисоблаш натижасида олинган
маълумотлар шуни кўрсатадики, массаси энг кам ва ўртача зичликка эга
бўлган толани шакллантириш ва кейинги босқичда янада самаралироқ нам
шимиш жараѐнини таъминлашга пичоқли барабанлар орасидаги тирқишни
катталаштирилганда эришилади, бунда пичоқли барабан радиуси
R
ва
мойиллик коэффициентининг
В
қийматлари камайтирилади.
Шу сабабли,
ни 0,05 м га тенг қилиб ўрнатиб, пичоқли барабан
радиусини
R
=
0,14
м
, барабанлардаги пичоқлар қаторининг сонини 4-тадан
6-тага кўпайтиришга қарор қабул қилинди.
Ушбу бобда ҳаракатланаѐтган толали масса парчасида намлик кўчиши
жараѐни тадқиқ этилган. Намликнинг
w
(
r
,
t
)
сферасимон кординаталар
системасида тарқалиш тенгламаси қуйидагича ифодаланади.
22
2
⎜
⎜
⎝
⎛
∂∂
⎟
⎟
⎠⎞
с
в
2
∂
w
∂
w
w
ρ
0
(18)
∂
t
=
k
∂
2
+
r r
r
бу ерда
c
-солиштирма намлик сиғими, ,
кг/(кг-°М)
,
в
k
- нам ўтказиш
коэффициенти,
- қуруқ маҳсулотнинг дастлабки зичлиги, кг/м
3
. Шар
марказидаги намлик вақт давомида қуйидаги қонун бўйича
ўзгаради:
∑
∞
⎭⎬⎫
0 0
exp( ) exp( )
k k k
t t
+
1
w t w t w
(0, ) ( ) (0) ( 1)
=
+
−
β
β
μ
μ
(19)
− − −
⎩⎨
⎧−
β
μ
k
k
=
1
2( 1)
+
бу ерда
2 2
−
k
1
χ
ck
в
k
β
k
=
χπ
,
k
b
=
,
=
,
exp( )
k
π
ρ
0
0
w
=
−
α
x
Ҳосил бўлган формула (19) га кўра шар марказидаги намлик
( )
0
w t
-
қийматига вақтнинг энг катта қийматларида, яъни
t
→ ∞
- да эришади.
Маълумотларнинг таҳлилига кўра, шар (парча) марказидан турли масофада
бўлган нуқталардаги
0
χ
=
k
в
/
c
ρ
- параметри сезиларли таъсир кўрсатади. Бу
қийматнинг ўсиши билан (мос равишда, парча зичлиги камайганда) шар
ичига намликнинг кириши (диффузияси) сезиларли даражада ортади. Бу
параметрнинг ўсиши парчаларнинг нисбатан янада кўпроқ титилган ҳолатида
фойдаланиш мақсадга мувофиқлигини кўрсатади ва бу намлаш жараѐнининг
самарадорлиги ошишига олиб келади.
Тадқиқотлар давомида ўзгарувчан тўғри тўртбурчак кесим юзали
камерада пастга қараб ҳаракатланаѐтган толали массанинг бир ўлчамли
намланиш жараѐни кўриб чиқилди. Аралашмалар компонентининг бир
ўлчамли ҳаракати ва массаларнинг сақланиш қонуни Х.А. Рахматулиннинг
модели бўйича қуйидагича ифодаланади:
du
ρ
0 0
d sp
( )
ρ
(20)
0 0
sk u u
u s
=
−
+
−
( )
dx
ρ
(0) 1 0
du
0
ρ
1 1
dx
d sp
( )
ρ
(21)
1 1
sk u u
u s
=
− − −
( )
dx
ρ
(0) 1 0
1
dx
бу ерда,
u s
=
u s
=
const
ρ
0 0 00
ρ
00 0
,
u s
=
u s
=
const
ρ
1 1 10
ρ
10 0
,
(0)
ρ
0
=
m
ρ
0
,
1 1
ρ
=
(1
−
m
)
ρ
,
к
- ѐпишқоқ ишқаланиш коэффициенти,
0
(0)
s
-
x
=
0
бўлгандаги
камера кесимининг эни,
1
s
- камерани қуйи кесимининг эни, м. Толали масса
зарралари ҳаракатига қарама-қарши йўналган намлаш агентининг оқими
таъсир қилади. Намлаш жараѐнини стационар ҳаракат деб ҳисоблаб, намлаш
агентининг тегишли ҳолда тезлиги ва намлигини
( )
0
u x
,
0
w x
орқали (индекс-0) ва
( ),
1
u x
( )
1
w x
толали массанинг (индекс-1)
( )
белгилаймиз.
Ҳаво ва толали масса ўртасида намлик алмашиш тенгламасини
стационар намланиш режимида тенгламалар системаси кўринишида
ифодалаймиз:
dw
dw
m u
=
β
−
,
0 1 0 1
0
0 0 0
(
w w
)/
s
−
m u
=
β
−
(22)
0 1 0
(1 ) (
w w
)/
s
dx
1 0 0
dx
23
бу ерда,
m
- толали массанинг тегишли ҳолда келтирилган ғоваклиги
u
00
,
u
10
ва
m
0
-
кесимдаги зичлик, ҳаво тезлиги, толали масса маълум
қийматлари.
8-расмда тола харакатига қарши томондан келаѐтган намлаш агенти
тезлигининг турли қийматларида тола намлигининг шахта баландлиги
бўйлаб тарқалиш графиклари келтирилган. Ҳисобларда қуйидагилар қабул
қилинган:
c
-1
,
,
м/с,
%, h=2 м.
Олинган маълумотлар намлаш агенти ва толали материалнинг ўзаро
аэродинамик таъсири, унинг интенсивлиги ортиши билан намлик алмашиш
жараѐнининг динамикаси ортишидан далолат беради.
Толали материалнинг қисувчи валиклар зонасида қисилиш пайтида
намланиш жараѐнини моделлаштириш учун, қурилманинг қуйи қисмида
пахта толаси холстининг шаклланиш жараѐни кўриб чиқилган эди.
1
u
2
м
/
c
−
00
=
−
,
2
u
3
м
/
c
−
00
=
−
,
3
u
5
м
/
c
−
00
=
−
,
4
u
10
м
/
c
−
00
=
−
,
5
u
30
м
/
c
−
00
=
−
8-расм. Толали массада
w
1
ва қарши ҳаво
w
2
оқимида намликнинг қийматида ва
қарши ҳаво оқими
u
00
тезлигининг
w
00
=
15%
қийматларида намлик тарқалиши
графиклари
Толали материалнинг капиллярлари орқали суюқлик фильтрациясининг
стационар режими биринчи тартибли чизиқли бўлмаган тенгламалар
системаси тарзида ифодаланади:
dw
=
, (23)
dx
y
в в
−
′
−
′
y b x v k w b x y k w b x
[ ( ) ( ) ( ) ( ) ( )]
dy
=
(24)
dx
k w b x
в
2
(
−
)
a x
бу ерда,
R
( ) ( )
=
+
,
k k
(
w
)
b b
0
в
=
в
- намлик ўтказиш
коэффициенти,
a
- қисиш
баландлиги,м, - валиклар радиуси, м,
0
k
ва
1
k
- доимий қийматлар,
a
=
b
0
R
,
- валиклар орасидаги минимал масофа, м.
24
(23) ва (24) тенгламалар системаси Рунге-Кут усулида қуйидаги
чегаравий шартларда
w
=
w
2
,
( )
w
2
w
0
y
=
−
η
−
x
=
a
га тенг бўлганда
интегралланади.
9-расмда
w
(%)
параметрларнинг
турли ва
1
k
қийматида зичланиш
зонаси баландлиги бўйлаб намлик тарқалиш графиклари келтирилган.
Ҳисобларда қуйидаги қийматлар қабул қилинган
R
=
0.2
м
,
k
20
м
/
ч
0
=
,
2
2
η
=
,
w
1
=
20%
,
h
=
1
м
.
10
м
/
ч
Графикнинг
таҳлили
шуни
кўрсатадики,
намлик
ўтказиш
коэффициентининг намликка боғлиқлигини ҳисобга олиш, толали массанинг
намланиш зонасида қўшимча намланишига олиб келади. Бунда намлик
ўтказиш коэффициентининг
1
k
ортиши билан намланиш зонаси баландлиги
бўйлаб доимий намланиш участкаси ҳосил бўлиши мумкин. Бу
коэффициентнинг ортишига қисувчи валиклар диаметрини ошириш ва улар
орасидаги тирқишни камайтириш ҳисобига эришиш мумкин. Шу сабабли,
м, = 0,12 м параметрлари қабул қилинди.
b
0
=
0,04
м
,
k
1
=
0
м
2
/с
b
0
=
0,04
м
,
k
1
=
0,01
м
2
/с
9-расм.
( )
b
0
м
ва
k
1
(м
2
/c)
кўрсаткичларининг турли қийматларида боғланиш зонаси баландлиги бўйлаб
намлик
w
тарқалиш эгрилари (фоизларда)
Диссертациянинг «
Пахта толасини намлаш учун янги қурилмани
ишлаб чиқиш ва уни синаш»
деб номланган олтинчи бобида пахта
толасини
пресслашдан
олдин
намлагичини
тажриба-экспериментал
намунасининг синов натижалари, турли намликдаги пахта толасини узоқ
муддат сақланганда унинг сифат кўрсаткичларининг ўзгариш динамикаси
бўйича тадқиқотлар, турли намлаш агентларини қўллаш бўйича ўтказилган
тажрибалар ва янги қурилмани саноатга жорий этишдан кутиладиган
иқтисодий самарадорлик характеристикаларини аниқлаш натижалари акс
эттирилган.
Ўтказилган таҳлилий ва назарий тадқиқотлар натижалари бўйича пахта
толасини пресслашдан олдин намлаш учун УВР русумли қурилмасининг бир
неча варианти ишлаб чиқилди.
25
10-расмда УВР русумли қурилма вариантларидан бирининг ташқи
кўриниши ва схемаси келтирилган. Бунда, конденсор 1 остидан холст
кўринишида чиқаѐтган толали материал қарама-қарши йўналишда
айланаѐтган титувчи барабанлар 6 таъсири остида тўзғитилиб, алоҳида
парчаларга ажратилади. Ундан сўнг, материал парчалари йўналтирувчи
қалқончалар 2 бўйлаб икки оқимга ажралган ҳолда намлаш камераси 3 га
ташланади ва ундан ўтиш давомида сув сочувчилар 11 дан камера 3 нинг
бутун ҳажми бўйлаб узатилаѐтган намлаш агентининг таъсирига учрайди.
Намлаш агентини сўриб олувчи қисқа қувур 12 валиклар 6 орасида
жойлашган бўлиб, камера 3 даги толали материал парчаларини намлаш
агентининг иссиқ оқими билан шамоллатилишини таъминлайди ва бу толали
материални бутун ҳажми бўйлаб самарали намланишини таъминлайди.
Шундан сўнг, намланган толали материал қисувчи валиклар 7 томонидан
камера 3 нинг остки қисмида қайтадан қатлам кўринишида шаклланади.
Таклиф этилган усуллар ва пресслашдан олдин тола намлагичининг
қурилмасига Ўзбекистон Республикасининг патентлари олинган (UZ №IAP
02731), (UZ №FAP 00390, Ўзбекистон Республикасининг фойдали модели
учун талабнома UZ №FАР 20150044).
Тошкет вилоятининг Бўка пахта тозалаш корхонасининг технологик
тизимига ўрнатилган УВР русумли пахта толасини намлаш қурилмасининг
Давлат қабул коммиссияси синови натижалари тола намлагичнинг яхши
ишлашини кўрсатди.
1-конденсор, 2- йўналтирувчи қалқончалар, 3- намлаш камераси , 4- камеранинг бўй томон
деворлари, 5- камеранинг ѐн томон деворлари, 6- бир жуфт титувчи барабанлар, 7- қисувчи
валиклар, 8- тишли дисклар тўплами, 9- вал, 10- колосникли панжара, 11- намлаш
агентининг чанглатувчиси, 12- намлаш агентини сўриб олувчи қисқа қувур
10- расм. УВР
пахта толасини намлаш қурилмасининг ташқи кўриниши ва тузилиш схемаси
26
Дастлабки намлиги 8,28 % бўлган пахта толасини намлаш 30 ва 45
л/соат сув сарфи билан амалга оширилди. Биринчи ҳолда намликнинг
ортиши 0,63 % ни ташкил этди. Бунда толанинг ўртача намлиги 8,91 % ни,
стандарт оғиш кўрсаткичи эса - 0,25% ни ташкил этди. 45 л/соат сув сарфи
билан намланганда эса, намликнинг ортиши 1,11 % ни ташкил этди. Бунда
толанинг ўртача намлиги 9,38 % ни, стандарт оғиш эса - 0,19 % ни ташкил
этди. Олинган натижалар намлик агентининг тола ҳажми бўйлаб юқори
даражада бир текис тарқалишини характерлайди.
Қуйида келтирилган жадвалдан кўриниб турибдики, микронейр,
солиштирма узилиш кучи, юқори ўртача узунлик, бир хиллик индекси каби
физик-механик сифат кўрсаткичлар тола узоқ сақланганда сезиларли
даражада ўзгармайди ва улар орасидаги фарқ ўлчов усулларининг хатолик
чегарасида бўлади. Бироқ толанинг оқлик ва сариқлик каби нав
таснифларининг ўзгариши яққол кўринади.
1- жадвал
Пахта толасининг дастлабки ва 6 ой сақлангандан кейинги сифат
таснифлари
Сифат таснифлари
Пахта толасининг намлиги
8,28 %
8,91 %
9,38 %
Назорат
даги
Сув
сарфи
30
л/соат
Сув
сарфи
45 л/соат
Микронейр кўрсаткичи(Miс),ед.
3,5
3,6
3,6
Солиштирма узилиш кучи (Str), гс/текс
30,80
31,42
31,45
Юқори ўртача узунлиги(Len), дюйм
1,15
1,16
1,17
Бир хиллик индекси (Unf) , %
82,76
82,88
83,04
Калта толалар индекси (SFI), %
5,95
5,60
5,66
Узилишдаги узайиши (Elg), %
9,36
9,96
9,58
Треш-код (Т), ед.
4,65
3,85
4,85
Нур қайтариш коэффициенти(RD), %
75,05
74,11
73,11
Сарғишлик даражаси(+b), %
8,83
8,82
9,07
Пахта толасини намлаш параметрлари ва чегаравий қийматларини
илмий асослаш мақсадида узоқ муддат сақланган толаларнинг турли
дастлабки намлиги унинг сифат таснифларига таъсирини ўрганиш бўйича
экспериментал тадқиқотлар ўтказилди. Сунъий равишда 8,6 %, 10,3 %, 13,8
%, 17,5 % гача намланган пахта толаси намуналарининг сифат кўрсаткичлари
дастлабки намлиги 7,3 % бўлган толанинг сифат кўрсаткичлари билан
таққосланди.
11-расмда акс эттирилган дастлабки намлиги турли даражада бўлиб, уч
ой давомида сақланган пахта толаларининг ранг кўрсаткичлари
ўзгаришининг динамикаси шуни кўрсатдики, 8,6 %, 10,3 %, 13,8 %, 17,5 %-
гача намланган пахта толаси намуналарининг нур қайтариш ва сарғишлик
кўрсаткичлари сезиларли даражада ўзгарди, бу эса толанинг нави паст
27
томонга, яъни америка классификацияси бўйича 31- Midling White бўлиб
қолди.
11- расм. Дастлабки намлиги турли бўлиб, уч ой сақланган пахта толасини нур
қайтариш (Rd) ва сарғишлик (b) кўрсаткичларининг ўзгариш динамикаси
Ўтказилган тадқиқотлар натижалари шуни кўрсатдики, жинлашдан
олдинги пахта толасининг намлиги, унинг оқлик ва сариқлик кўрсаткичлари
ва уларга боғлиқ бўлган нав кўрсаткичи пасайиб кетмаслиги учун,8,5 % дан
ошмаслиги зарур.
Тадқиқотлар давомида, турли намлаш агентларининг тола узоқ
сақланганда унинг сифатига таъсирини ўрганиш бўйича изланишлар амалга
оширилди. Хусусан, альтернатив намлаш агенти сифатида 10,0 % ва 20,0 % -
ли туз эритмалари синаб кўрилди. Тадқиқотлар натижаларига кўра, туз
эритмаси ўзининг бактерицидлик хусусиятлари сабабли пахта толаси
таркибида бактериал микрофлораларнинг ривожланишига барҳам беради ва
толанинг ранг кўрсаткичи сақланишига ѐрдам беради. Толали материални
фаоллаштирилган ва тузли эритмалар қўлланган ҳолда намлаш усуллари
патентланган (UZ №IAP 02732, UZ №IAP 03995).
Қурилмани пахта тозалаш саноатига жорий этилишидан олинадиган
иқтисодий самарадорлик бир тонна толага 14901,31 сўмни ташкил этади.
28
ХУЛОСА
«
Пахта тозалаш корхоналарида пахта хомашѐси ва пахта толасини
намлаш комплекс технологиясини яратиш усуллари
»
мавзусидаги докторлик
диссертацияси
бўйича
олиб
борилган
тадқиқотлар
натижалари
қуйидагилардан иборат:
1. Пахта хомашѐсини жинлашдан олдин ва пахта толасини пресслаш
жараѐнидан олдин намлаш қурилмаларининг классификацияси таклиф
этилган. Ишлаб чикарилаѐтган пахта толаси намлигини 1,5-2,0 фоизга
ошириш зарурлиги аниқланган.
2. Юқори намликга эга намлаш агенти ҳамда титилган толали
материалнинг УХК (1ХК) агрегатининг ағдариш тарновида интенсив
аэродинамик ўзаро таъсирини ҳисобга оладиган пахта хомашѐсини
жинлашдан олдин намлаш усули ишлаб чиқилган.
3. Капилляр-ғовак муҳит шаклида моделлаштирилган пахта хомашѐсида
намлик сўрилиши жараѐнларининг алгоритмлари таклиф этилган. Назарий
ечимлар орқали пахта хомашѐси оқимининг параметрлари (босими, зичлиги,
тезлиги ва намлиги) пахта бўйича иш унумдорлигига ва намлаш зонасига
узатилаѐтган намлик агентининг миқдорига боғлиқлиги аниқланган.
Намлагичдан вертикал қувурда ҳаракатланаѐтган, икки тезликли яхлит модда
шаклида моделлаштирилган пахта хомашѐсида намлик алмашинуви
жараѐнининг математик модели ишлаб чиқилган.
4. Олинган ечимлар алгоритмининг таҳлиллари асосида пахта
хомашѐсини жинлашдан олдин намлаш қурилмаси ишлаб чиқилган. Юқори
даражада намлик сиғимига эга бўлган намлаш агентини ишлаб чиқаришни
таъминлайдиган буғ генератори ишлаб чиқилган.
5. УХС русумли намлагич Тошкент вилояти Чиноз ПТК-нинг технологик
тизимга жорий этилган. Синов натижаларига кўра қуйидагилар аниқланган:
- қурилма пахта хомашѐси намлигини 0,5 % оширилишини таминлайди; -
пахта маҳсулотларининг табиий, физик-механик ҳоссаларини сақланиб
колиши таъминланади.
6. Пахта толасини энг кўп чиқишини, толанинг солиштирма узилиш
кучи, юқори ўртача узунлик, қисқа толалар фоизи ва узунлиги бўйича бир
хиллиги каби табиий ва физик-механик хоссаларининг сақланиб қолишини
таъминлайдиган пахта хомашѐси намлиги массавий нисбатининг оптимал
қийматлари 7,5-8,5 % оралиғида таклиф этилган.
7. Конденсорнинг қовурғали барабанлари остидан чиқаѐтган тола холсти
бўлакларга парчаланиб, иккита оқимга ажраладиган ва уларни интенсив
равишда намлайдиган ва қайта яна холст кўринишида шакллантирадиган
пахта толасини пресслашдан олдин намлаш усули ишлаб чикилган.
8. Толали массани алоҳида парчаларга ажратиш жараѐнининг назарий
модели таклиф этилган. Тола зарраларининг титувчи барабанлардан қисувчи
валикларга қараб ҳаракати ва сўнгра қайтадан холст кўринишида
шаклланиши давомида уларда юз бераѐтган намлик алмашинуви механизми
29
аниқланган. Таклиф этилаѐтган пахта толасини намлаш учун қурилманинг
оптимал технологик ва конструктив параметрлари ишлаб чиқилган. 9.
Ўтказилган таҳлилий, назарий ва экспериментал тадқиқотлар натижалари
бўйича пахта хомашѐсини пресслашдан олдин намлаш қурилмасининг бир
неча варианти ишлаб чиқилган. Қурилманинг оптимал варианти таклиф
этилган.
10. УВР русумли пахта толасини намлагичи Тошкет вилоятининг Бўка
пахта тозалаш корхонасини технологик тизимининг таркибига жорий
этилган. Синовлар натижасида қуйидагилар аниқланган:
- қурилма пахта толасининг намлигини 1,0-1,5 % оширишни
таъминлайди;
- намлаш давомида тола тойининг бутун ҳажми бўйлаб юқори даражада
бир текис 0,2-0,25 % намланиши таъминланади;
- қўлланилаѐтган технология толанинг сифат кўрсаткичларининг сақлаб
қолиниши таъминлайди.
11. Пресслашдан олдин пахта толасининг чегаравий меъѐр намлиги 8,5
% миқдорида таклиф этилган.
12. Толали материални фаоллаштирилган ва тузли эритмалар қўлланган
ҳолда намлаш усуллари таклиф этилган.
13. Пахта хомашѐси ва пахта толасини намлашнинг комплекс
технологиясини пахта тозалаш саноатига жорий этиш натижасида бир пахта
тозалаш корхонасига тўғри келадиган йиллик иқтисодий самарадорлик 349,9
млн.сўмни, ѐки 1 тонна пахта толаси ишлаб чиқиш учун 43740,67 сўмни
ташкил этган (2016 йил нархларида).
30
НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО ПРИСУЖДЕНИЮ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ
ДОКТОРА НАУК 14.07.2016.Т.06.01 ПРИ ТАШКЕНТСКОМ
ИНСТИТУТЕ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «PAXTASANOAT ILMIY MARKAZI»
ГУЛЯЕВ РИНАТ АМИРОВИЧ
МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
УВЛАЖНЕНИЯ ХЛОПКА-СЫРЦА И ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА НА
ХЛОПКООЧИСТИТЕЛЬНЫХ ЗАВОДАХ
05.06.02- Технология текстильных материалов и первичная обработка сырья
(технические науки)
АВТОРЕФЕРАТ ДОКТОРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ
Ташкент – 2016
31
Тема докторской диссертации зарегистрирована за №30.09.2014/В2014.5.Т342 в
Высшей аттестационной комиссии при Кабинете Министров Республики Узбекистан.
Докторская диссертация выполнена в АО «Paхtasanoat ilmy markazi» Холдинговой
компании «Узпахтасаноатэкспорт».
Автореферат диссертации на трех языках (узбекский, русский, английский)
размещен на веб-странице по адресу www.titli.uz и Информационно-образовательном
портале “ZiyoNet” по адресу www.ziyonet.uz
Научный
консультант:
Официальные оппоненты:
Ведущая
организация:
Лугачев Анатолий Евгеньевич
доктор технических наук, профессор
Корабельников Андрей Ростиславович
доктор технических наук, профессор
(Российская федерация)
Мурадов Рустам Мурадович
.
доктор технических наук, профессор
Мухаммадиев Давлат Мустафаевич
доктор технических наук
Научно-исследовательский институт
стандартизации, метрологии и
сертификации Агентства «Узстандарт»
Защита диссертации состоится 25 октября 2016 г. в 14
00
часов на заседании научного
совета 14.07.2016.Т.06.01 при Ташкентском институте текстильной и легкой
промышленности по адресу: 100100, г. Ташкент, ул. Шохжахон-5, тел. (+99871)-253-06-06,
253-08-08, факс: 253-36-17; e-mail:titlp_info@edu.uz.
С докторской диссертацией можно ознакомиться в Информационно-ресурсном
центре Ташкентского института текстильной и легкой промышленности (регистрационный
номер 09).
Адрес:100100, г.Ташкент, ул. Шохжахон-5, тел. (+99871) - 253-06-06, 253-08-08.
Автореферат диссертации разослан 26 сентября 2016 года
(протокол рассылки № 09 от 26 сентября 2016 г.)
М.Т. Ходжиев
Заместитель председателя научного совета по
присуждению учѐной степени доктора наук, д.т.н., профессор
А.З. Маматов
Ученый секретарь научного совета по присуждению
учѐной степени доктора наук, д.т.н., профессор
М.М. Мукимов
Председатель научного семинара при
Научном совете по присуждению учѐной
степени доктора наук, д.т.н., профессор
32
ВВЕДЕНИЕ (аннотация докторской диссертации)
Актуальность и востребованность темы диссертации.
Хлопковое
волокно является важнейшим стратегическим товаром мировой торговли. По
информации международного консультативного комитета по хлопку (ICAC)
мировое производство хлопкового волокна в сезоне 2014/15 годов достигло
26,2 млн. тонн
1
. Высокий уровень конкуренции на мировом хлопковом
рынке, появление более современного, технологичного и скоростного
текстильного оборудования, необходимость получения высококачественной и
конкурентоспособной текстильной продукции приводит к ужесточению
требований к качеству хлопкового волокна. В этой связи совершенствование
технологии
первичной
переработки
хлопка-сырца
и
улучшение
потребительских свойств хлопкового волокна является одной из актуальных
проблем. Рядом развитых зарубежных стран, а именно США, КНР, Индией,
Бразилией и другими странами, уделяется пристальное внимание
повышению эффективности хлопкоочистительной отрасли и совершенство
ванию методов управления технологическими процессами, за счет чего был
достигнут определенный прогресс в обеспечении конкурентоспособности
хлопковой продукции. За счет принимаемых мер по оптимизации
технологических процессов, внедрению новых эфффективных технологичес
ких устройств обеспечивается улучшение показателей качества хлопкового
волокна, обеспечивается снижение производственных затрат на переработку
хлопка-сырца.
В
Республике
Узбекистан
осуществлены
широкомасштабные
мероприятия по повышению эффективности производственного процесса
первичной переработки хлопка-сырца и внедрению высоко эффективных
систем управления технологическим процессом, способствующих
улучшению потребительских свойств производимой хлопковой продукции.
На хлопкозаводах осуществляются работы по внедрению гибких
технологических процессов переработки хлопка-сырца. В частности,
уделяется особое значение внедрению технологии увлажнения хлопка-сырца
и хлопкового волокна, позволяющей в зависимости от исходных
характеристик перерабатываемого сырья получать хлопковую продукцию
заданного качества, минимизировать потери сырья и потребление энергии.
В мире вопросам кондиционирования хлопка-сырца и хлопкового
волокна по влажности уделяется пристальное внимание, в особенности
аспектам создания новой техники и технологии увлажнения с учетом важных
показателей, определяющих прохождение технологических процессов
первичной переработки хлопка, начиная от комплектования и хранения
заготавливаемого хлопка-сырца, и заканчивая прессованием хлопкового
волокна в кипы. В связи с этим осуществляются целенаправленные научные
исследования по направлениям, включающим: разработку усовершенство-
1
Cotton: World Statistics. Bulletin of the International Cotton Advisory Committee, NY, November 2015.
http://www.ICAC.org.
33
ванной технологии объемного увлажнения разрыхленной волокнистой
массы; разработку комплексной технологии увлажнения хлопка-сырца перед
джинированием и хлопкового волокна перед прессованием; разработку
конкурентоспособной
ресурсосберегающей
технологии
увлажнения
волокнистых материалов; разработку поэтапных комплексных систем
увлажнения, адаптированных к применяемым технологическим схемам и
составу оборудования считается актуальной задачей в исследованиях.
Проведение научных исследований по вышеприведенным научно
исследовательским направлениям подтверждает актуальность темы
диссертационной работы.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит
выполнению задач, предусмотренных Постановлении Президента Республики
Узбекистан №ПП-4761 от 27 октября 2015 года «Об образовании
холдинговой компании «Узпахтасаноатэкспорт» и Постановлением Кабинета
Министров Республики Узбекистан №70 от 3 апреля 2007 года «О программе
модернизации и реконструкции предприятий хлопкоочистительной
промышленности на 2007-2011 годы», а также в других нормативно правовых
документах, принятых в данной сфере.
Соответствие исследования с приоритетными направлениями развития
науки и технологий республики.
Данное исследование выполнено в
соответствии приоритетного направления развития науки и технологий
республики II. «Энергетика, энерго- и ресурсосбережение».
Обзор зарубежных научных исследований по теме диссертации
2
.
Научные исследования, направленные на производство, в области технологии
увлажнения хлопка-сырца и хлопкового волокна, осуществляются в ведущих
научных центрах и высших образовательных учреждениях мира, в том числе
USDA Ginning Cotton Research Unit, USDA Agricultural Research Servise,
Texas Tech University, Samuel Jakson Incorporated (США), Central Institute for
Research on Cotton Technology, Bajaj Steel Industries Limited (Индия), National
Research Center for cоttоn processing, engeeniring and technology, China Cotton
Industries Limited, Shandong Swan Cotton Industrial Machinery Stock, Handan
Golden Lion, Cotton Research Institute of Nanjing Agricultural University (КНР),
Pakistan Cotton Standards Institute, National Textile University Faisalabad
(Пакистан), Busa Indústria e Comércio de Máquinas Agrícolas Limited
(Бразилия), Earthquake Research Institute, Nara National Research Institute for
Cultural Properties (Япония),
Центральный научно-исследовательский
институт хлопчатобумажной
промышленности (Россия), Ташкентский
институт текстильной и легкой
2
Обзор зарубежных научных исследований по теме диссертации осуществляется на основе:
http://www.samjackson.com/moisture-products; http://www.bajajngp.com/humidifier.html;http://www.busa.com.br/
Assistencia-Tecnica#; Патент США №6.314.618 B1, кл. 19-48. Moisture conditioner for lint cotton/ Martin L
Mehner, Samuel G. Jackson. 2001 г.; Патент США №7.591.048 B2, кл. 19-66. Moisture conditioner for lint cotton/
Martin L Mehner. 2009 г.; Патент США №6.202.258, кл. 19-66. Apparatus and related method for applying
moisture to cotton during a ginning operation / William E. Winn. 2001 г. и других источников.
34
промышленности, акционерное общество “Пахтасаноат илмий маркази”
(Узбекистан).
В результате проведенных в мире исследований по совершенствованию
технологии и устройств для увлажнения волокнистых материалов,
обеспечению условий для равномерного увлажнения и сохранения
параметров влажности получены ряд научных результатов, в том числе:
разработаны автоматизированные системы увлажнения хлопка-сырца (USDA
Ginning Cotton Research Unit, США); системы генерирования агента
увлажнения (USDA Agricultural Research Service в сотрудничестве с
компанией «Samuel Jackson Incorporated», США); системы автоматического
регулирования и поддержания необходимой технологической влажности
волокнистого материала на всех этапах первичной переработки хлопка (Texas
Tech University (США) в сотрудничестве с компанией “Uster technologies AG”
(Швейцария); подготовлены рекомендации по обеспечению технологической
влажности хлопка-сырца и волокна (Ташкентский институт текстильной и
легкой промышленности, АО «Пахтасаноат илмий маркази», Республика
Узбекистан).
В мире по созданию устройств и технологии для увлажнения хлопка
сырца перед джинированием и хлопкового волокна перед прессованием по
ряду приоритетных направлений проводятся исследования, в том числе:
разработка новых конструкции увлажнителей хлопка-сырца и хлопкового
волокна; разработка эффективных агентов увлажнения волокнистого
материала; установление зависимости изменения показателей качества
хлопковой продукции от исходной влажности; разработка комплексной
технологии увлажнения хлопка-сырца и хлопкового волокна.
Степень изученности проблемы.
К настоящему времени аспекты
кондиционирования хлопка-сырца и хлопкового волокна по влажности,
теоретические вопросы происходящих сорбционных процессов, вопросы
совершенствования и разработки новых методов увлажнения хлопка-сырца и
хлопкового волокна, исследования влияния влажности хлопка-сырца и
волокна на технологические процессы первичной переработки хлопка,
показатели качества вырабатываемой хлопковой продукции рассмотрены в
научных работах G.J. Mangialardi, S.E. Hughs, J. Price, A.C.Griffin, V.P.Moore,
W.S.Anthony, R.K. Byler и др. ученых.
Фундаментальные работы, освещающие теоретико-методологические
основы технологии увлажнения волокнистых материалов проводились
учеными, в т.ч. А.П. Лыков, Р.П. Никитин, А.П. Парпиев, А.Е. Лугачев, А.М.
Гуляев, Б.М. Мардонов,Р.П. Саидов, Л.С. Рябинская, которыми получены
определенные положительные результаты.
Необходимо отметить, что до настоящего времени не решена проблема
создания эффективной технологии увлажнения волокнистых материалов и
эффективных устройств для ее реализации, приспособленных к применению
в составе эксплуатируемого технологического оборудования отечественных
хлопкоочистительных заводов. Анализ применяемых на зарубежных
хлопкозаводах методов увлажнения хлопка-сырца и хлопкового волокна
35
позволяет говорить об их недостаточной эффективности. Особенность
технологического процесса и состав применяемого отечественного
оборудования не позволяет применять импортные увлажнители хлопка сырца
и хлопкового волокна. Помимо этого, исследования в направлении изучения
влияния параметров увлажнения на показатели качества хлопкового волокна
по номенклатуре систем HVI практически не проводились.
Связь темы диссертации с научно-исследовательскими работами
выполненный высшего образовательного учреждения.
Диссертационное
исследование выполнено в рамках плана научно-исследовательских работ
прикладных проектов Ташкентского института текстильной и легкой
промышленности и АО «Пахтасаноат илмий маркази»: Ф-4-06 «Разработка
научных основ увлажнения хлопка-сырца и волокна в технологическом
процессе хлопкозавода» (2013-2017); ИТД-А3-001 «Разработка эффективной
технологии увлажнения хлопка-сырца перед джинированием с целью
сохранения природных свойств материала» (2015-2017).
Целью исследования
является разработка поэтапной высоко
эффективной технологии, оборудования и методов для увлажнения
волокнистого материала, обеспечивающих сохранение природных свойств
хлопковой продукции.
Задачи исследования:
определение конструктивных параметров увлажнителя хлопка-сырца на
базе выполнения необходимых теоретических исследований и получения
алгоритмов
решений
процесса
переноса
влаги
в хлопке-сырце,
моделируемого капиллярно-пористой средой;
обоснование технологических параметров увлажнителя хлопка-сырца и
генератора агента увлажнения;
обоснование влияния параметров влажности хлопка-сырца на
показатели качества вырабатываемой хлопковой продукции, еѐ выход и
технологические свойства;
определение оптимальных значений показателя массового отношения
влаги хлопка-сырца перед джинированием;
определение конструктивных параметров увлажнителя хлопкового
волокна на основе теоретического изучения механизма сорбции влаги
хлопковым
волокном
методом
активного
контакта
разрыхленной
волокнистой массы с влагоагентом;
создание усовершенствованного метода увлажнения хлопкового волокна
в технологическом процессе путем его разрыхления и равномерного
насыщения влагой по всему объему;
обоснование влияния параметров влажности хлопкового волокна на
показатели качества материала при длительном хранении;
разработка оптимальных параметров агента увлажнения и значения
показателя массового отношения влаги хлопкового волокна перед
прессованием;
36
разработка комплексной технологии увлажнения хлопка-сырца перед
процессом джинирования и хлопкового волокна перед прессованием.
Объектом исследования
является технология увлажнения хлопка сырца
перед джинированием и хлопкового волокна перед прессованием.
Предмет
исследования
составляют структурные компоненты хлопка сырца и
хлопкового волокна, как материалов сорбции влаги.
Методы исследований.
В диссертации использованы методы теоретической и прикладной механики,
теплотехники, математической статистики, численные методы с
применением компьютерного обеспечения, а также современные методы
определения показателей качества хлопкового волокна.
Научная новизна исследования
заключается в следующем
:
разработаны новые устройства увлажнения хлопка-сырца перед
джинированием;
разработаны новые методы увлажнения хлопкового волокна перед
процессом прессования;
разработаны методы увлажнения волокнистого материала с
применением активированных и солевых растворов;
установлены рациональные технологические и конструктивные
параметры увлажнителей хлопка-сырца и хлопкового волокна; установлены
зависимости изменения показателей качества хлопковой продукции при
джинировании хлопка-сырца и прессовании хлопкового волокна с различной
исходной влажностью;
разработана новая комплексная технология увлажнения хлопка-сырца
перед джинированием и хлопкового волокна перед прессованием.
Практические результаты исследования
заключаются в следующем:
разработана новая эффективная технология увлажнения хлопка-сырца перед
джинированием с применением новых устройств для еѐ осуществления,
которая внедрена в промышленность;
определены конструктивные и технологические параметры
разработанного устройства для увлажнения хлопка-сырца;
проведена оценка показателей выходов и качества хлопкового волокна и
семян в зависимости от параметров влажности хлопка-сырца, результаты
которой позволили рекомендовать технологию увлажнения хлопка-сырца в
качестве процесса, обеспечивающего сохранение природных показателей
качества хлопковой продукции и повышение их выхода;
разработана технология увлажнения хлопкового волокна перед
прессованием с применением нового устройства для еѐ осуществления,
которая внедрена в промышленность;
определены теоретические и аналитические зависимости по выбору
рациональных
кинематических,
конструктивных и технологических
параметров, которые позволили разработать и изготовить устройство для
увлажнения волокна;
проведена комплексная оценка качества и прогнозирование свойств
волокна при длительном хранении в зависимости от исходной влажности
37
материала, которая привела к введению в государственный стандарт
ограничительной нормы влажности хлопкового волокна.
Достоверность
результатов
исследования
подтверждается
математическими моделями процессов сорбции компонентами хлопка-сырца
и волокна, согласованностью результатов теоретических исследований по
известным критериям оценки в рассматриваемой предметной области с
данными экспериментальных исследований.
Научная и практическая значимость результатов исследования.
Научная значимость результатов исследования характеризуется научной
сущностью результатов исследований по разработке алгоритмов решений
процесса поглощения влаги в хлопке-сырце по длине лотка увлажнителя в
зависимости от производительности устройства и количества подаваемого
агента
увлажнения,
получении
решения
задачи
математического
моделирования процесса переноса влаги в движущемся потоке хлопка-сырца
из
увлажнителя,
в
вертикальном
трубопроводе,
моделируемого
двухскоростной сплошной средой, получении расчетных моделей процессов
разделения волокнистой массы на отдельные клочки, механизма
влагопереноса в частицах волокна при их движении от разрыхлительных
барабанов до обжимных валиков, а также в процессе обжатия волокнистой
массы в зоне обжимных валиков устройства для увлажнения хлопкового
волокна, планированием вычислительных экспериментов и созданием
условий практического применения.
Практическая значимость проведенного исследования состоит в
создании устройств для увлажнения, генератора агента увлажнения и
разработке эффективных агентов увлажнения, которые обеспечивают
необходимый прирост влажности и равномерность увлажнения хлопка-сырца
перед джинированием и хлопкового волокна перед прессованием, сохранение
природных свойств волокнистых материалов, а также в проведении
комплексной оценки качества и прогнозировании свойств волокна при
длительном хранении в зависимости от исходной влажности материала,
которые привели к введению в государственный стандарт ограничительной
нормы влажности хлопкового волокна.
Внедрение результатов исследования.
На основе полученных научных
результатов по разработке комплексной технологии увлажнения волокнистых
материалов на хлопкозаводах:
получены четыре патента на изобретения Агентсва по интеллектуальной
собственности Республики Узбекистан («Способ увлажнения волокнистого
материала и устройство для его осуществления», №IАP 02733 – 2005 г.;
«Способ увлажнения волокнистого материала, №IАP 02731, №IАP 02732 –
2005 г.; №IAP 03995 – 2009 г.) на методы увлажнения волокнистого
материала в технологическом процессе хлопкозавода. Научные результаты
позволили разработать поэтапную технологию увлажнения хлопка-сырца и
хлопкового волокна;
технология увлажнения хлопка-сырца перед джинированием и
хлопкового волокна перед прессованием, а также устройства для
38
определения влажности волокнистых материалов внедрены на предприятиях
Холдинговой компании “Узпахтасаноатэкспорт”, в том числе, на Чиназском
опытно-экспериментальном
хлопкозаводе,
Букинском
хлопкозаводе
Ташкентской области, в лабораториях структурных подразделений
холдинговой компании и УЦ «Сифат» (сведение от 30 марта 2016 года
№МА-Э/431 ХК «Узпахтасаноатэкспорт»). Внедрение результатов диссерта
ции в производство способствует улучшению ассортимента качества
хлопкового волокна по кодам длины на 5%, сокращению расхода
тароупаковочных материалов и транспортных расходов на 1,4 %,
исключению скидок с цены за пониженную влажность.
Апробация результатов исследования.
Результаты исследования
доложены на более чем 30 научно-технических конференциях, в том числе:
«Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности»
(Российская Федерация, Иваново, 2007-2008 гг.), «Современные наукоемкие
технологии
и
перспективные
материалы
текстильной
и
легкой
промышленности (Российская Федерация, Иваново, 2013 г.), «Новое в
технике и технологии в текстильной и легкой промышленности» (Республика
Беларусь, Витебск, 2015 г.), «Развитие науки в XXI веке» (Республика
Украина, Харьков, 2015 г.), “Cotton: Connecting high tech and nature”
(Германия, Бремен, 2016г.).
Опубликованность результатов исследования.
По теме диссертации
опубликовано 46 научных трудов, в том числе 12 статей, в журналах,
рекомендованных
Высшей
аттестационной
комиссией
Республики
Узбекистан для публикации основных научных результатов докторских
диссертаций, и получены 4 патента Республики Узбекистан.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения,
шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем
диссертации составляет 200 страниц.
39
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении
обосновывается актуальность и востребованность
проведенного исследования, цель и задачи исследования, характеризуются
объект и предмет, показано соответствие исследования приоритетным
направлениям развития науки и технологий республики, излагаются научная
новизна и практические результаты исследования, раскрываются научная и
практическая значимость полученных результатов, внедрение в практику
результатов исследования, сведения по опубликованным работам и структуре
диссертации.
В первой главе диссертации
«Оценка современного состояния вопроса
увлажнения хлопка-сырца и хлопкового волокна»
проанализированы
современные состояния техники и технологии процесса увлажнения
волокнистого материала в технологическом процессе хлопкозавода.
В результате проведенного анализа выявлено, что выпускаемое
хлопкоочистительной промышленностью республики хлопковое волокно
имеет среднюю влажность порядка 5 %, что свидетельствует о недостатках
существующей технологии и необходимости разработки новых эффективных
методов увлажнения волокнистого материала и устройств для их реализации.
В ходе аналитического обзора литературных источников, научно
исследовательских работ, касающихся вопросов техники и технологии
процесса увлажнения волокнистых материалов, было определено, что
существующие методы увлажнения хлопка-сырца и хлопкового волокна,
применяемые в отечественной и зарубежной практике, недостаточно
эффективны, не обеспечивают необходимого прироста влажности, имеют
технологические и конструктивные недостатки. Результаты проведенного
изучения были обобщены и систематизированы в форме классификации
методов увлажнения хлопка-сырца и хлопкового волокна.
Проведенное изучение современного состояния вопроса увлажнения
хлопка-сырца и хлопкового волокна показало, что для доведения влажности
волокна в кипах до нормированных параметров волокнистый материал
необходимо увлажнять на 1,5-2,0 %. Достичь одновременного прироста
влажности в несколько процентов в одной точке технологического процесса
не позволяет ни одна из существующих в мире технологий увлажнения
волокнистого материала. В связи с этим, подчеркнута необходимость
разработки комплексной поэтапной технологии увлажнения хлопка-сырца
перед джинированием и хлопкового волокна перед прессованием.
Во второй главе диссертации
«Изыскание методов повышения
эффективности процессов увлажнения хлопка-сырца и хлопкового
волокна»
отражены данные о структуре и свойствах хлопка-сырца и
хлопкового волокна в аспекте вопросов тепло- и массообмена. Проведен
обзор и систематизация литературных данных по вопросам структуры
компонентов хлопка-сырца, их взаимодействия с влагой, аналитических
исследований в области увлажнения.
40
На основе аналитических исследований процесса увлажнения хлопка
сырца и хлопкового волокна определено, что хлопок-сырец характеризуется
неодинаковыми свойствами и структурным строением его компонентов, что
обуславливает различие их гигроскопических свойств и влагосодержания.
Определено, что наиболее эффективным методом увлажнения хлопка-сырца
является сорбция влаги максимально разрыхленным материалом из воздуха с
высокой относительной влажностью (порядка 80-90 %) и высокой
температурой (50-70 °С) при интенсивном аэродинамическом воздействии
агента увлажнения и волокнистого материала.
Результаты исследований отечественных и зарубежных ученых
подчеркивают
важность
обеспечения
требуемых
параметров
технологической влажности хлопка-сырца, хлопкового волокна на каждом из
этапов
первичной
переработки.
Полученные
ранее
результаты
свидетельствуют о том, что джинирование чрезмерно сухого хлопка-сырца
(до 5 %) приводит к укорочению длины волокна за счет увеличения
механической поврежденности, образованию пороков. Джинирование
хлопка-сырца с повышенной влажностью (более 8,5 %) приводит к
снижению производительности джинов, механической поврежденности
семян и образованию комбинированных пороков. В связи с этими фактами, в
отечественной и зарубежной практике рекомендуется увлажнять хлопок
сырец перед джинированием до 7,5-8,5 %.
Увлажнение хлопкового волокна перед прессованием способствует
снижению уровня статического электричества на волокне, снижению
объемов волокна, необходимых для достижения нормированной массы кипы,
снижает усилия пресса по прессованию кипы. Оптимальной технологической
влажностью хлопкового волокна перед прессованием является влажность в
диапазоне 7,5-8,5 %.
В третьей главе диссертации
«Разработка нового метода увлажнения
хлопка-сырца»
установлены основополагающие критерии, которым должна
соответствовать разрабатываемая технология увлажнения хлопка-сырца.
Разрабатываемый увлажнитель хлопка-сырца в виде камеры увлажнения
предложено установить на выгрузочном наклонном лотке очистительного
агрегата УХК (1ХК). Принцип работы увлажнителя базируется на тепло
влажностной обработке хлопка-сырца, выходящего из агрегата УХК (1ХК),
агентом увлажнения, имеющим высокое влагосодержание (относительная
влажность порядка 85-90 %, температура - около 70 °С). Подачу агента
увлажнения на поток хлопка-сырца, движущийся по наклонному
выгрузочному
лотку,
предполагается
осуществлять
со
стороны
транспортирующей поверхности. Для этого, сама поверхность лотка, для
обеспечения прохождения агента увлажнения, выполнена в форме
жалюзийной решетки. В данном случае, тонкий слой хлопка-сырца,
движущийся по жалюзийной поверхности выгрузочного лотка, будет
обтекаться парами агента увлажнения, выходящего через щели листов
перекрытий, формирующих собой жалюзийную поверхность. В целях
повышения эффективности тепло-массообменных процессов и, в частности,
41
обеспечения аэродинамического воздействия агента увлажнения на
обрабатываемые летучки хлопка-сырца, было предложено установить в
верхней части камеры увлажнения диффузор, сопряженной с системой
пневмотранспорта, для обеспечения отсоса использованного агента
увлажнения.
Для определения окончательной схемы процесса, установления
детальных технических и конструктивных параметров нового устройства для
увлажнения хлопка-сырца, были проведены теоретические исследования
параметров процесса увлажнения.
В частности, были проанализированы характеристики изменения
давлений, плотности, скорости и влажности потока хлопка-сырца,
движущегося по лотку увлажнителя.
Стационарное и одномерное движение хлопка-сырца, движущегося под
действием силы тяжести, записывается в виде уравнения Эйлера для потока:
dv v S
(1)
d Sp
( }
ρ
=
−
+
ρ
gS
α
−
μ
α
dx
dx
(sin cos )
где
- скорость потока,
ρ
- плотность потока,
p
- давление
потока в
произвольном сечении лотка,
α
- угол между лотком и горизонтом,
µ
-
коэффициент трения между потоком хлопка-сырца и поверхностью лотка,
g=9,81 м/с
2
– ускорение свободного падения.
Для решения уравнения (1) использовали закон сохранения расхода потока в
произвольном сечении лотка и зависимость между плотностью и давлением
(уравнение состояния), которые выражаются формулами:
0 0 0
Q
0
ρ
Sv
=
ρ
S v
=
,
ρ
=
f
(
p
)
(2)
где,
0 0 0
ρ
,
v
,
S
- плотность, скорость и площадь поперечного сечения в
начальном сечении лотка,
- расход волокнистого материала, Считаем, что
площадь поперечного сечения лотка
S
и функция
f
, характеризующая связь
между плотностью и давлением хлопка-сырца по переменной
,
изменяются по линейным законам:
S
=
S
−
kx l
,
( )
0
(1 / )
f
=
ρ
+
В p
−
p
(3)
0 0
где,
0 0 0
S
=
L h
,
0 1 0
k
=
(
L
−
L
)/
L
- коэффициент сужения лотка,
- ширина лотка в начальном и конечном сечениях, м,
0
h
- толщина слоя
потока хлопка-сырца, м,
В
- коэффициент податливости,с
2
/м
2
. Исключая с
помощью (2) скорость и плотность, уравнение (1) записали
относительно давления
p
{
x
)
:
⎥
⎦⎤
2 2
Q pf p S
S f p
( )
−
( )
dS
⎢
⎣
⎡
+
−
2
f p gS
α
μ
α
dp
(4)
0
=
( ) (sin cos )
dx
2 2
2
−
′
3
dx
f p S Q f p
( ) ( )
0
f p S
( )
На рис.1 представлены графики распределения плотности и скорости
потока хлопка-сырца по длине лотка. В расчетах принято:
=6000 кг/час,
=10 кг/м
3
,
=1,9 м,
=0,4 м,
l
=2 м,
=0,04 м,
α
=60° градусов,
B
=0,008
с
2
/м
2
,
p p gl
0
=
/
ρ
=0,025.
42
Рис.1. Распределение плотности и скорости потока хлопка-сырца по длине лотка
Из представленных графиков следует, что в принятых значениях
исходных данных параметры потока хлопка-сырца изменяются по линейному
закону.
Процесс влагообмена между агентом увлажнения с постоянной
влажностью
и потоком хлопка-сырца происходит по закону Ньютона.
Уравнение переноса влаги записывается в виде:
dw
Cv x
=
β
c
−
(5)
( ) (
w w
)
dx
где
-
влагоемкость хлопка-сырца,
β
- коэффициент влагообмена между
хлопком-сырцом и воздухом с влажностью
w
c
,
/ ( ) ( )
v
=
Q f p S x
.
0
Равенства (4) и (5) образуют систему уравнений для определения
давления и влажности в потоке хлопка-сырца, которая интегрируется при
начальных условиях
0
p
=
p
,
w
=
w
0
при
х
=
0
.
На рис. 2 представлены графики распределения влажности по длине
лотка для различных значений влажности влагоагента. В расчетах принято:
=6000 кг/час,
ρ
0
=10 кг/м
3
,
0
L
=1,9 м,
L
1
=0,4 м,
l
=2 м,
0
h
=0,04 м,
α
=60
градусов,
B
=0,008 с
2
/м
2
,
β
l
ρ
0
S
0
/
Q
0
C
=0,1,
p p gl
0 0 0
=
/
ρ
=0,025.
1
−
w
c
=
30%
,
2
−
w
c
=
50%
,
3
−
w
c
=
80%
Рис.2. Распределение влажности
w
потока по длине лотка для различных значений
относительной влажности агента увлажнения
43
Из анализа графиков, следует, что наиболее интенсивно процессы
сорбции влаги хлопком-сырцом происходят при высоких параметрах
относительной влажности агента увлажнения.
Влагообменные процессы каждой компоненты происходят не только с
внешней средой, но и между компонентами, согласно закону Ньютона.
Влагообмен между компонентами потока хлопка-сырца и внешней средой
(воздухом) происходит согласно закону Ньютона по кубической зависимости,
а влагообмен между компонентами - по линейному закону.
Обозначим через
( )
1
w x
и
( )
2
w x
влажность (в процентах) волокон и
семян
в произвольном сечении потока. Уравнение переноса влаги
записывается в виде:
dw
d
⎜
⎝⎛
dw
k w
⎞
3
1
w w w w
1
(1 ) ( ) ( ) ( ) ( )
1 2 2 1
−
=
β
β
(6)
m v x
⎟
+
c c
−
+
−
dx
dx
1 1
dx
⎠
1 1
dw
d
⎜
⎝⎛
dw
k w
⎞
3
2
w w w w
2
=
β
β
(7)
mv x
⎟
+
c c
− − −
( ) ( ) ( ) ( )
1 2 2 1
dx
dx
2 2
dx
⎠
2 2
где,
m
-долевая часть семян в единице объема хлопка-сырца,
k u
- влагопроводность волокон (
i
=
1
) и
семян (
i
=
2
),
( )
i i
β
1
c
,
β
2
c
-
соответственно коэффициенты влагообмена между волокном и воздухом,
семенами и воздухом,
β
12
- коэффициент влагообмена между
волокном и
семенами. Скорость потока выражается через давление по формуле
v
=
Q f p S
x
.
0
/ ( ) ( )
Равенства (4), (6) и (7) образуют систему уравнений для определения
давления
p
, влажности компонентов
w
1
и
w
2
в потоке хлопка-сырца, которая
интегрируется при граничных условиях
0
p
=
p
,
w
1
=
w
10
,
w
2
=
w
20
при
x
=
0
,
w
1
=
w
11
,
w
2
=
w
21
при
x
=
l
.
2
d w
i i
, (
i
=
1,2
) представляют
В уравнениях (6) и (7) члены
2
k w
i
( )
dx
диффузионные составляющие и поэтому при больших скоростях
перемещения слоя ими можно пренебречь. Тогда уравнения (6) и (7)
dw
2
:
dw
1
и
dx
разрешаются относительно производных
dx
2 2 3 1
i
−
i i
−
i
−
i
′
i ic c
−
i
+
− −
mv x m v x k w w w w w
( ) ( ) 4 ( )[ ( ) ( 1) (
]
dw dx
β
β
(
i
=
1,2
) (8)
1 2 2 1
=
mv x
i
где,
m
1
=
1
−
m
,
m
2
=
m
.
( )
На рис. 3 представлены графики распределения влажностей волокна и
семян
( )
w
1
ξ
и
( )
w
2
ξ
в безразмерной системе координат ξ=x/l, по длине лотка
для значений параметра
m
=0,6 (среднее содержание семян в хлопке-сырце –
60 %). В расчетах принято:
=6000 кг/час,
=10 кг/м
3
,
=1,9 м,
=0,4 м,
l
=2 м,
=0,025 м,
Па,
B
=0,008 с
2
/м
2
,
µ
=0,3,
α
=60° градусов,
1
k
1
′=
k
2
′=
,
,
,
,
β
1
c
=0,005 c
-1
,
β
2
c
=0,003c
-1
,
β
12
=
0,001c
-1
.
44
а)
б)
Рис.3. Кривые распределения влажности волокон (а) и семян (б) по длине лотка
Анализ результатов расчета показывает, что влажность каждой
компоненты по длине лотка распределена по линейному закону. При этом для
выбранных параметров задачи, рост влажности в твердой компоненте
(семенах) незначителен.
Далее, согласно предполагаемому технологическому процессу, поток
хлопка-сырца, вместе с агентом увлажнения, подается в эжекционную
воронку и засасывается в вертикальный трубопровод, установленный в конце
лотка, где за счет разряжения, создаваемом сепаратором, установленным над
питателем батареи пильных джинов, попадает в джины. В этой главе было
проведено теоретическое изучение вопроса увлажнения хлопка-сырца и его
компонентов в движущемся вертикальном воздушном потоке трубопровода
на основе использования теории движения многофазных сред с учетом
влагообменных процессов.
Полагаем, что твердые частицы (семена) и волокна образуют единую
механическую систему с плотностью
( )
2
ρ
x
, движущуюся со скоростью
( )
u x
.
2
Уравнение стационарного движения потока хлопка-сырца в произвольном
сечении трубопровода согласно модели многокомпонентной среды
Х.А.Рахматулина записываем в виде:
∂
u
ρ
∂
p
ρ
,
(9)
1 1
1 1
k u u
u
+
д
−
=
−
∂
x
( )
0 2 1
ρ
∂
∂
u
ρ
1
∂
p
x
ρ
g
+
ρ
2
(10)
2 2
2 2
k u u
u
+
д
−
=
−
∂
x
( )
0 1 2
ρ
∂
2
x
где
1
u
,
1
ρ
- скорость и приведенная плотность воздуха,
p
- общее для двух
компонентов давление,
д
k
- коэффициент взаимодействия.
Стационарные уравнения переноса влаги в движущемся потоке массы
хлопка-сырца, содержащего твердые частицы, и воздуха по закону Ньютона
имеют вид:
∂
w
β
β
, (11)
1
u
=
−
+
−
1
w w w w
( ) ( )
∂
x
∂
w
2
1 3 3 1 1 2 2 1
β
β
, (12)
u
=
−
+
−
2
w w w w
( ) ( )
∂
x
2 3 3 2 1 2 1 2
45
∂
w
3
β
β
(13)
u
=
−
+
−
2
w w w w
( ) ( )
∂
x
где
( )
1
w x
,
( )
1 3 1 3 2 3 2 3
2
w x
,
( )
3
w x
- соответственно влажности воздуха, волокна и
семян хлопка-сырца,
β
12
и
β
13
- коэффициенты
влагообмена между
воздухом,
волокном и семенами, хлопка-сырца.
β
23
- коэффициент влагообмена между
компонентами
На рис.4 представлены графики изменения влажности волокна по длине
трубопровода для двух значений скорости подачи хлопка-сырца в
трубопровод, вычисленные исходя из начальных условий
w
1
=
w
1
H
,
w
2
=
w
2
H
,
w
3
=
w
3
H
при
x
=
0
. В расчетах дополнительно принято:
30
u
1
=
м/с,
80
w
1
Н
=
%,
9
w
2
Н
=
%,
12
w
3
Н
=
%,
β
12
=0,015 с
-1
,
β
13
=0,005 с
-1
,
β
23
=0,01 с
-1
.
u
5
м
/
c
20
=
u
15
м
/
c
20
=
Рис.4. Изменение влажности волокна (
w
2
) по длине трубопровода для двух
значений скорости подачи хлопка-сырца в трубопровод
20
u
Анализ графиков показывает, что увеличение скорости подачи хлопка
сырца приведет к снижению содержания влаги в волокне.
В четвертой главе диссертации
«Разработка и испытания нового
устройства для увлажнения хлопка-сырца»
приведены результаты работ
по
разработке
устройства
для
увлажнения
хлопка-сырца
перед
джинированием и генератора агента увлажнения. В ходе проведенных
экспериментальных исследований были определены оптимальные параметры
влажности
хлопка-сырца
перед
джинированием,
обеспечивающие
сохранение природных свойств и увеличение выхода материала.
По результатам проведенных аналитических и теоретических
исследований было разработано несколько вариантов устройства для
увлажнения хлопка-сырца УХС, предусматривающее увлажнение тонкого и
разрыхленного слоя хлопка-сырца, выходящего из агрегата УХК (1ХК),
теплым и влажным агентом увлажнения. Один из вариантов устройства,
выполненного в виде камеры увлажнения (бункера) и смонтированного на
выгрузочном лотке агрегата УХК (1 ХК), представлен на рис.5.
В процессе, очищенный и разрыхленный хлопок-сырец из агрегата УХК
46
(1 ХК), равномерным потоком выгружается и перемещается по верхней
стенке жалюзийной решетки 2 бункера 1, при этом из парообразователя 7 по
трубопроводу 6 в камеру 3 посредством форсунок 5 подается под давлением
тепловой влагоагент в виде пара, который продувает разрыхленный поток
хлопка-сырца через зазоры жалюзийной решетки 2, за счет отсоса через
патрубок 9, увлажняя его. Далее, поток увлажненного хлопка-сырца с
тепловым влагоагентом перемещается в нижнюю часть бункера 1, где через
эжекционную
воронку
10,
соединенную
с
пневмопроводом
11,
транспортируется на батарею джинов.
На предложенные методы и устройства для увлажнения хлопка-сырца перед
джинированием получены патенты Республики Узбекистан на полезную
модель Uz №FAP 00800 «Устройство для увлажнения хлопка сырца» и Uz
№FAP 00957 «Устройство для увлажнения хлопка-сырца».
1 – бункер, 2 - жалюзийная решетка, 3 – камера для подачи
теплового влагоагента,
4 - нижняя
стенка камеры, 5 – форсунки, 6 – трубопровод, 7 - генератор агента увлажнения, 8 -
противоположная стенка бункера, 9 - патрубок для отсоса теплового влагоагента, 10 -
эжекционная воронка, 11 – пневмопровод
Рис. 5. Общий вид и схема конструкции увлажнителя хлопка-сырца
Разработан
парогенератор,
обеспечивающий
выработку
агента
увлажнения с высокой степенью влагосодержания. Разработанный генератор
агента увлажнения представляет собой устройство электродного типа,
обеспечивающее выработку агента, состоящего из смеси пара и взвешенных
в нѐм мелкодисперсных частиц воды (т. е. «мокрого» пара).
Производительность парогенератора составляет 0,75 л/мин или 45 л/час.
Удельный вес водяного пара
в агенте увлажнения составляет порядка
157,78 г/м
3
.
Квалификационные
испытания
опытно-промышленного
образца
устройства для увлажнения хлопка-сырца УХС в комплекте с генератором
агента увлажнения ЭБГ, проведенные на Чиназском хлопкозаводе
Ташкентской области, показали, что установка способна обеспечить прирост
влажности хлопка-сырца до 0,5 %.
47
Оценка качества хлопкового волокна, полученного при джинировании
хлопка-сырца с различными уровнями влажности, показала, что показатель
микронейр, зрелость, удлинение, коэффициент белизны, степень желтизны
хлопкового волокна не имеют тенденцию к изменению в зависимости от
влажности джинируемого хлопка-сырца и остаются, практически,
постоянными. Однако, выявлено существенное влияние влажности
джинируемого хлопка-сырца на такие показатели как верхняя средняя длина,
однородность по длине.
Так, верхняя средняя длина волокна, полученного при джинировании
хлопка-сырца, увлажненного до 7,64 % оказалась на 0,005 дюйма длиннее
волокна, полученного при джинировании исходного хлопка-сырца с
влажностью 7,13%. Изменение влажности хлопка-сырца только в 0,5 %
обеспечило сохранение модальной массодлины на 0,2 мм, штапельной
массодлины на 0,21 мм, средней массодлины на 0,82 мм. Процент коротких
волокон в пробах волокна, полученных при джинировании неувлажненного
хлопка-сырца, оказался на 2,13 % выше, чем в увлажненном хлопке-сырце.
В целях научного обоснования оптимальной технологической влажности
хлопка-сырца
перед
процессом
джинирования,
применительно
к
существующим селекционным сортам и современному технологическому
оборудованию, были проведены экспериментальные исследования по
изучению влияния различной исходной влажности хлопка-сырца перед
джинированием на изменение показателей качества и выхода хлопкового
волокна. В результате джинирования хлопка-сырца с влажностью 3,8 %, 6,5
%, 8,1 %, 9,7 % и 10,7 %, было определено, что наибольший выход волокна
был зафиксирован при влажности 8,1 %. В ходе испытаний было выявлено
существенное влияние влажности джинируемого хлопка-сырца на такие
показатели как удельная разрывная нагрузка, верхняя средняя длина, процент
коротких волокон, однородность по длине.
1
2
Рис. 6. Динамика изменения показателей верхней средней длины (1) и индекса
коротких волокон (2) в зависимости от влажности хлопка-сырца
48
Так, верхняя средняя длина волокна, полученного при джинировании
хлопка-сырца с влажностью 10,7 % оказалась на 0,025 дюйма или на 1 код
штапельной длины длиннее волокна, полученного при джинировании
хлопка-сырца с влажностью 3,8 %.
Проведенные расчеты экономического эффекта от внедрения установки
в хлопкоочистительной промышленности показали, что эффект на тонну
хлопкового волокна составит 28839,36 сум.
В пятой главе диссертации
«Разработка нового метода увлажнения
хлопкового волокна»
приведены результаты теоретико-экспериментальных
исследований параметров нового метода увлажнения хлопкового волокна
перед прессованием.
Предлагаемый метод должен обеспечить эффективное и равномерное
насыщение волокна влагой по всему объему. Поставленная задача решается
путем разделения холста волокна после конденсора на отдельные мелкие
клочки и увлажнения их в специальной камере влагоагентом с последующим
формированием волокна в холст перед прессованием.
В процессе прохождения холста хлопкового волокна через зону
разрыхлительных
барабанов
увлажнителя
образуется
разрыхлѐнная
волокнистая масса, которая далее, после выхода из нее, под действием силы
тяжести и центробежной силы распадается на отдельные фрагменты.
Уравнение равновесия среды в зоне разрыхления записываем в виде:
dy
γ
(14)
( ) 0
−
yz
0
x
+
0
b
=
dx
k
2 2
γ
=
,
ρ
0
-
начальная (до
0
(
x
μ
R x
)
B
γ
где
y
=
pb
,
0
z
=
+
− −
,
g
0
ρ
0
LR
подачи) плотность продукта,
ρ
-плотность материала в
произвольном
сечении,
b
=
b
(
x
)
- переменная толщина зоны разрыхления волокнистой
массы,
μ
- коэффициент трения между
материалом холста и валиками,
L
- ширина валиков, м,
a
- длина разрыхления, м,
R
-радиус валиков, м,
B
-
коэффициент податливости, с
2
/м
2
, определяемый опытным путем,
k
-
коэффициент бокового давления.
Давление
P
и плотность
ρ
в произвольном сечении продукта
вычисляются по формулам:
p
=
y
(
x
)/
b
(
x
)
(15)
[1 ( )/ ( )]
0
ρ
=
ρ
+
By x b x
(16)
На рис. 7 представлены распределение плотности по высоте
разрыхления при различных значениях радиусов барабанов
R
и
коэффициента податливости
B
. В расчетах принято:
R
=0,14 м,
a
=0,14 м,
L
=1 м,
k
=0,5,
μ
=0,3,
0
b
=0,03 м,
=30 кг/м
3
.
��
=0,1 м
��
=0,25 м
49
3
2
1
4
4
3
2
1
1 -черные -
В
=0,0002, 2 -зеленые -
В
= 0,0005, 3 -синие -
В
=0,008, 4 -красные -
В
=0,0012
Рис.7. Распределение плотности продукта
( / )
3
ρ
кг м
по высоте обжатия при
различных значениях барабанов
R
и податливости
B
( )
−
1
Па
Интегрируя выражение (16) по полосе толщиной
h
0
и высотой
a,
находим массу
m
отделяемого клочка из первой секции
a
∫
0
ρ
( )
(17)
m Lh x dx
=
0
Интеграл (17), вычисленный численно, позволил получить данные
свидетельствующие о том, что технологические условия для формирования
летучки с наименьшей массой и средней плотностью для обеспечения более
эффективного протекания процесса сорбции на следующем этапе
улучшаются при увеличении технологического зазора между ножевыми
барабанами
, при уменьшении радиуса ножевого барабана
R
и значений
коэффициента податливости
В
.
В связи с этим было принято решение установить
равный 0,05 м,
радиус ножевого барабана
R
=
0,14
м
, увеличить количество рядов ножей на
барабанах с 4 до 6 единиц.
В главе были проведены исследованния процесса влагопереноса в
движущемся клочке волокнистой массы.
Уравнение распространения влажности
w
(
r
,
t
)
в сферической системе
координат записывается в виде формулы:
2
⎜
⎜
⎝
⎛
∂∂
⎟
⎟
⎠⎞
с
в
2
∂
w
∂
w
w
ρ
0
(18)
∂
t
=
k
∂
2
+
r r
r
где
c
-удельная влагоемкость,
кг/(кг-°М)
,
в
k
-коэффициент
влагопроводности,
- начальная плотность сухого продукта,
кг/м
3
. Влажность в центре шара по времени меняется по закону:
∑
∞
⎭⎬⎫
0 0
exp( ) exp( )
k k k
t t
+
1
w t w t w
(0, ) ( ) (0) ( 1)
=
+
−
β
β
μ
μ
(19)
− − −
⎩⎨
⎧−
β
μ
k
k
=
2( 1)
+
1
где
2 2
−
k
1
χ
ck
в
k
β
k
=
χπ
,
k
b
=
,
=
.
exp( )
k
π
ρ
0
0
w
=
−
α
x
Из полученной формулы (19) можно отметить, что влажность в центре
шара достигает значения
( )
0
w t
при больших значениях времени, т.е. при
50
t
→ ∞
Также, видно, что с ростом параметра
0
χ
=
k
в
/
c
ρ
(что соответствует
например, уменьшению плотности клочка) количество диффундирующей в
клочок влаги может существенно увеличиваться. Это указывает на
целесообразность использования более разрыхленных клочков для
повышения эффективности процесса увлажнения.
В продолжении исследований, был рассмотрен одномерный процесс
увлажнения волокнистой массы, движущейся вниз в камере прямоугольного
переменного сечения. Уравнения одномерного движения компонентов смеси
и законы сохранения масс, согласно модели Х.А. Рахматуллина, записываем в
виде
du
ρ
0 0
d sp
( )
ρ
(20)
0 0
sk u u
u s
=
−
+
−
( )
dx
ρ
(0) 1 0
du
0
ρ
1 1
dx
d sp
( )
ρ
(21)
1 1
sk u u
u s
=
− − −
( )
dx
ρ
(0) 1 0
1
dx
где,
u s
=
u s
=
const
ρ
0 0 00
ρ
00 0
,
u s
=
u s
=
const
ρ
1 1 10
ρ
10 0
,
(0)
ρ
0
=
m
ρ
0
,
(0)
1 1
ρ
=
(1
−
m
)
ρ
,
к
–
коэффициент вязкого трения,
0
s
-ширина сечения камеры при
x
=
0
,
1
s
- ширина
нижнего сечения камеры, м.
На массу действует поток агента увлажнения, противоположно
направленный движению частиц волокнистой среды. Считая процесс
увлажнения стационарным, через
( )
0
u x
,
( )
0
w x
,
( ),
1
u x
и
( )
1
w x
обозначили
соответственно скорость и влажность агента увлажнения (индексом-
0
) и
волокнистой массы (индексом-1).
Уравнение влагообмена между воздухом и волокнистой массой в
стационарном режиме увлажнения записываем в виде системы:
dw
dw
m u
=
β
−
,
0 1 0 1
0
0 0 0
(
w w
)/
s
−
m u
=
β
−
(22)
0 1 0
(1 ) (
w w
)/
s
dx
1 0 0
dx
где
m
- соответственно приведенные пористости волокнистой массы
u
00
,
u
10
и
m
0
- известные значения плотности, скорости воздуха, волокнистой массы
и пористости в сечении
x
=
0
.
На рис.8 представлены кривые распределения влажностей волокна по
высоте камеры в зоне увлажнения при различных значениях скорости
встречного потока агента увлажнения. В расчетах принято:
c
-1
,
,
м/с,
%, h=2 м.
Полученные данные свидетельствуют о важной роли аэродинамического
взаимодействия агента увлажнения и волокнистого материала, с увеличением
интенсивности которого, ускоряется динамика влагообменных процессов.
Для моделирования процесса увлажнения волокнистого материала в
процессе обжатия в зоне обжимных валиков, был рассмотрен процесс
формирования холста хлопкового волокна в нижней части установки.
51
1
u
2
м
/
c
−
00
=
−
,
2
u
3
м
/
c
−
00
=
−
,
3
u
5
м
/
c
−
00
=
−
,
4
u
10
м
/
c
−
00
=
−
,
5
u
30
м
/
c
−
00
=
−
Рис.8. Кривые распределения влаги в волокнистой массе
w
1
и встречном
потоке воздуха
w
2
по высоте камеры при влажности
w
00
=
15%
и скорости
u
00
встречного потока
Стационарный режим фильтрации жидкости через капилляры
волокнистого материала описывается системой нелинейных уравнений
первого порядка:
dw
=
, (23)
dx
y
в в
−
′
−
′
y b x v k w b x y k w b x
[ ( ) ( ) ( ) ( ) ( )]
dy
=
(24)
dx
k w b x
в
2
(
−
)
a x
где
R
( ) ( )
=
+
,
k k
(
w
)
b b
0
в
=
в
- коэффициент
влагопроводности,
a
- высота
обжатия, м,
R
-радиус валиков, м,
0
k
и
1
k
-постоянные,
a
=
b
0
R
,
-минимальное расстояние между валиками, м.
Система уравнений 23 и 24 которая интегрируется численно методом
Рунге-Кутта при следующих начальных условиях
w
=
w
2
,
( )
w
2
w
0
y
=
−
η
−
при
x
=
a
.
На рис.9 представлены кривые распределения влаги
w
(%)
по высоте зоны
уплотнения для различных значений параметров и
1
k
. В расчетах
принято:
R
=
0.2
м
,
k
20
м
/
ч
0
=
,
10
м
/
ч
2
η
=
,
w
1
=
20%
,
h
=
1
м
.
2
b
0
=
0,04
м
,
k
1
=
0
м
2
/с
b
0
=
0,04
м
,
k
1
=
0,01
м
2
/с
Рис. 9. Кривые распределения влаги
w
( в
процентах) по высоте зоны контакта для различных значений величины
(м),
k
1
(м
2
/c)
52
Из анализа кривых следует, что учет зависимости коэффициента
влагопроводности от влажности приводит к дополнительному увлажнению
волокнистой массы в зоне увлажнения, при этом с ростом значения
параметра
1
k
по высоте зоны может образоваться участок с постоянным
увлажнением волокон. Увеличения этого коэффициента можно достичь за
счет увеличения диаметра обжимных валиков и уменьшения технологичекого
зазора между валиками. В связи с этим принимаем решение установить
параметры
м,
= 0,12 м.
В шестой главе диссертации
«Разработка и испытания нового
устройства для увлажнения хлопкового волокна»
отражены результаты
испытаний опытно-промышленного образца увлажнителя хлопкового
волокна перед прессованием, исследования по динамике изменения
показателей качества хлопкового волокна различной влажности в процессе
длительного хранения, эксперименты по применению различных агентов
увлажнения и характеристики экономической эффективности от внедрения
нового устройства для увлажнения хлопкового волокна в промышленность.
По результатам проведенных аналитических и теоретических
исследований было разработано несколько вариантов устройства для
увлажнения хлопкового волокна перед прессованием УВР.
Внешний вид и схема одного из вариантов устройства приведена на
рис.10.
1-
конденсор, 2 - направляющие щитки, 3 – камера увлажнения, 4 - продольные стенки
камеры, 5 – торцевые стенки камеры, 6 - пара разрыхлительных барабанов, 7 - обжимные
валики, 8 – набор зубчатых дисков, 9 – вал, 10 – колосниковая решетка, 11 - распылитель
влагоагента, 12 – патрубок отсоса агента увлажнения
Рис.10. Внешний вид и схема устройства для увлажнения хлопкового волокна УВР
53
В работе, волокнистый материал из-под конденсора 1, в виде холста,
поступает под воздействие разрыхлительных барабанов 6, которые, вращаясь
в противоположных направлениях, протрепывают холст материала, разделяя
его на отдельные клочки. Затем клочки материала по направляющим щиткам
2, двумя потоками забрасываются в камеру увлажнения 3, где, проходя ее,
подвергаются воздействию агента увлажнения, подаваемого из распылителей
11 по всему объему камеры 3. Патрубок для отсоса влагоагента 12,
установленный между валиками 6 обеспечивает вентилирование клочков
волокнистого материала в камере 3 тепловым потоком влагоагента,
выходящего из распылителей 11, что обеспечивает эффективное и
равномерное увлажнение по всему объему волокнистого материала. Далее,
увлажненный волокнистый материал формируется в слой обжимными
валиками 7 в нижней части камеры 3.
На предложенные методы и устройства для увлажнения волокна перед
прессованием получены патенты Республики Узбекистан (UZ №IAP 02731,
UZ №FAP 00390, заявка на полезную модель Республики Узбекистан UZ
№FAP 20150044).
Государственные
приемочные
испытания
опытного
образца
увлажнительной установки марки УВР, проведенные на Букинском
хлопкозаводе Ташкентской области, показали его работоспособность и
функциональность.
Увлажнение хлопкового волокна с исходной влажностью 8,28 %
проводилось с расходом воды 30 и 45 л/ч. Прирост влажности в первом
случае составил 0,63 %. Средняя влажность волокна составила 8,91 %, а
стандартное отклонение - 0,25 %. Прирост влажности волокна с расходом
воды 45 л/ч составил 1,11 %. Среднее значение влажности волокна – 9,38 %,
стандартное отклонение - 0,19 %. Полученные результаты характеризует
высокую равномерность распределения влагоагента по объему волокна.
Оценка показателей качества волокна, проводимая в течении 6 месяцев
хранения (Таблица 1), выявила, что такие показатели как микронейр, верхняя
средняя длина, удельная разрывная нагрузка, индекс однородности, не
претерпевают существенных изменений при длительном хранении и имеют
различия в пределах погрешности метода испытаний. Однако, отчетливо
проявилось изменение сортовых характеристик волокна (белизна, желтизна).
Для научного обоснования предлагаемых параметров и диапазона
предельного
увлажнения
хлопкового
волокна
были
проведены
экспериментальные исследования по изучению влияния различной исходной
влажности волокон на изменение показателей качества волокна при
длительном хранении. Показатели качества проб хлопкового волокна,
искусственно увлажненных до 8,6 %, 10,3 %, 13,8 %, 17,5 %, были
сопоставлены с качеством исходного хлопкового волокна влажностью 7,3 %.
54
Таблица 1
Показатели качества контрольного и увлажненного хлопкового
волокна спустя 6 месяцев хранения
Показатель качества
Влажность хлопкового волокна
8,28 %
8,91 %
9,38 %
Контроль
Вода 30
л/ч
Вода 45
л/ч
Микронейр (Mic), ед.
3,5
3,6
3,6
Удельная разрывная нагрузка (Str), гс/текс
30,80
31,42
31,45
Верхняя средняя длина (Len), дюйм
1,15
1,16
1,17
Индекс однородности (Unf), %
82,76
82,88
83,04
Процент коротких волокон (SFI), %
5,95
5,60
5,66
Удлинение (Elg), %
9,36
9,96
9,58
Трэш-код (T), ед
4,65
3,85
4,85
Коэффициент белизны (RD), %
75,05
74,11
73,11
Степень желтизны (+b), %
8,83
8,82
9,07
Динамика изменения показателей цветности хлопкового волокна
различной исходной влажности в течение 3 месяцев хранения,
представленная на рис.11, отражает тот факт, что в образцах волокна,
увлажненных до 10,3 %, 13,8 % и 17,5 % существенно изменились показатели
белизны и желтизны, что повлекло за собой переход волокна в пониженный
сорт по американской классификации 31 –Middling White.
Результаты проведенных исследований указывают на то, что влажность
хлопкового перед прессованием, во избежание ухудшения показателей
белизны и желтизны волокна и связанных с ними показателем сортности, не
должна превышать 8,5 %.
Рис. 11. Динамика изменения показателей белизны (Rd) и желтизны (b) хлопкового
волокна различной исходной влажности при хранении в течении 3 месяцев
В продолжении исследований, были важно оценить влияние различных
видов агентов увлажнения на изменение показателей качества хлопкового
55
волокна при длительном хранении. В частности, в качестве альтернативного
агента увлажнения были испытаны 10 % и 20 % солевые растворы. Данные
исследований показали, что солевые растворы, в силу бактерицидных
свойств,
предотвращают
развитие
бактериальной
микрофлоры
и
способствуют сохранению показателей цветности хлопкового волокна.
Методы
увлажнения
волокнистого
материала
с
применением
активированных и солевых растворов запатентованы (UZ №IAP 02732, UZ
№IAP 03995).
Проведенные расчеты экономического эффекта от внедрения установки в
хлопкоочистительной промышленности показали, что эффект на тонну
хлопкового волокна составит 14901,31 сум.
56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе проведѐнных исследований по докторской диссертации на
тему «Методы создания комплексной технологии увлажнения хлопка-сырца
и хлопкового волокна на хлопкоочистительных заводах» представлены
следующие выводы:
1. Предложена классификация технологических устройств для
увлажнения хлопка-сырца перед джинированием и хлопкового волокна перед
прессованием.
Определен
необходимый
прирост
влажности
для
выпускаемого хлопкового волокна в диапазоне 1,5-2,0 %.
2. Разработан метод увлажнения хлопка-сырца перед джинированием,
предусматривающий интенсивное аэродинамическое взаимодействие агента
увлажнения с высоким влагосодержанием и разрыхленного волокнистого
материала на выгрузочном лотке агрегата УХК (1 ХК).
3. Предложены алгоритмы решений процесса поглощения влаги в
хлопке-сырце, моделируемого капиллярно-пористой средой. Теоретическими
решениями определены зависимости распределения параметров потока
хлопка-сырца по длине лотка (давления, плотности, скорости и влажности)
от производительности агрегата УХК (1ХК) и количества подаваемого
влагоагента в зону увлажнения. Разработана математическая модель процесса
переноса влаги в движущемся потоке хлопка-сырца в вертикальном
трубопроводе, моделируемого двухскоростной сплошной средой.
4. На основе анализа полученных алгоритмов решений разработано
устройство для увлажнения хлопка-сырца перед процессом джинирования.
Разработан парогенератор, обеспечивающий выработку агента увлажнения с
высокой степенью влагосодержания.
5. Увлажнитель хлопка-сырца УХС внедрен в технологическую линию
Чиназского хлопкозавода Ташкентской области. По результатам испытаний
установлено:
- установка обеспечивает прирост влажности хлопка-сырца до 0,5 %; -
обеспечивается сохранение природных физико-механических свойств
хлопковой продукции.
6. Предложены оптимальные значения показателя массового отношения
влаги хлопка-сырца перед джинированием в диапазоне 7,5-8,5 %,
обеспечение которых позволит сохранить такие физико-механические и
природные свойства хлопкового волокна, как верхняя средняя длина,
удельная
разрывная
нагрузка, индекс коротких волокон, индекс
однородности, а также обеспечить наибольший выход хлопкового волокна.
7. Разработан метод увлажнения хлопкового волокна перед
прессованием, включающий в себя разделение холста волокна, выходящего
из-под рифленых барабанов конденсора, на два потока летучек волокна, их
интенсивное увлажнение влагоагентом и последующее обжатие в холст.
8.
Предложена
математическая
модель
процесса
разделения
волокнистой массы на отдельные клочки. Установлен механизм
влагопереноса в частицах волокна при их движении от разрыхлительных
57
барабанов до обжимных валиков и последующем их формировании в холст.
Разработаны оптимальные технологические и конструктивные параметры
предлагаемого устройства для увлажнения хлопкового волокна.
9. По результатам проведенных аналитических, теоретических и
экспериментальных
исследований
разработано несколько вариантов
устройств для увлажнения хлопкового волокна перед прессованием.
Предложен оптимальный вариант устройства для увлажнения.
10. Устройство для увлажнения волокна УВР внедрено в состав
технологической линии Букинского хлопкозавода Ташкентской области. По
результатам испытаний установлено:
- установка обеспечивает прирост влажности волокна до 1,5 %; -
обеспечивается равномерность распределения влаги по всему объему кипы
0,2-0,25 %;
- применяемая технология обеспечивает сохранение природных
показателей качества волокна.
11. Предложена ограничительная норма влажности хлопкового волокна
перед прессованием в 8,5 %.
12. Предложены методы увлажнения волокнистого материала с
применением активированных и солевых растворов.
13. Расчеты экономического эффекта от внедрения комплексной
технологии
увлажнения
хлопка-сырца
и
хлопкового
волокна
в
хлопкоочистительной промышленности показали, что эффект на один
типовой завод в год составит 349,9 млн. сум в год или 43740,67 сум на тонну
волокна (в ценах 2016 г.).
58
SCIENTIFIC COUNCIL ON AWARDING OF THE SCIENTIFIC DEGREE
OF THE DOCTOR OF SCIENCES 14.07.2016.Т.06.01 AT TASHKENT
INSTITUTE OF TEXTILE AND LIGHT INDUSTRY
JOINT-STOCK COMPANY "PAХTASANOAT ILMY MARKAZI"
GULYAEV RINAT AMIROVICH
METHODS OF THE INTEGRATED TECHNOLOGY FOR
HUMIDIFYING RAW COTTON AND COTTON FIBER AT COTTON
GINNERIES
05.06.02 - Technology of textile materials and primary processing of raw materials
(Technical sciences)
ABSTRACT OF DOCTORAL DISSERTATION
Tashkent – 2016
59
The subject of doctoral dissertation has been registered by Supreme Attestation
Commission with the Cabinet of Ministers of the Republic of Uzbekistan by number
№30.09.2014/В2014.5.Т342
Doctoral dissertation is done at JSC "Paхtasanoat ilmy markazi" of Holding Company
"Uzpahtasanoateksport".
Abstract of the dissertation in three languages (Uzbek, Russian and English) is available on
the web page at www.titli.uz and information-educational portal "ZiyoNet" at www.ziyonet.uz
Scientific consultant: Lugachev Anatoliy
doctor of technical sciences, professor
Official opponents: Korabelnikov Andrey
doctor of technical sciences, professor
(Russian Federation)
Muradov Rustam
doctor of technical sciences, professor
Muhammadiev Dawlat
doctor of technical sciences
Leading Organization: Research institute for standardization, metrology and
certification under “Uzstandard” agency
Defense of the dissertation will take place in 25 October 2016 y. in 14
00
at a meeting of the
Scientific Council 14.07.2016.T.06.01 at the Tashkent Institute of Textile and Light Industry
(Address: 100100, Tashkent, 5 Shohzhahon str., tel. (99871) 253-06-06, 253-08-08, fax:
253-36-17; e-mail: titlp_info@edu.uz).
Doctoral dissertation could be reviewed at the Information-resource center of Tashkent
institute of textile and light industry (registration number 09).
Address: 100100, Tashkent, 5 Shohjahon str., tel. (99871) - 253-06-06, 253-08-08.
Abstract of dissertation has been sent out on 26 september 2016 year
(mailing report № 09, on 26 seprtember 2016 year)
M.T. Hodjiev
Vice chairman of the Scientific Council on award of
scientific degree of doctor of sciences,
doctor of technical sciences, professor
А.Z. Mamatov
Scientific secretary of the scientific council
doctor of technical sciences, professor
М.М. Mukimov
Chairman of the scientific seminar under scientificcouncil
doctor of technical sciences, professor
60
INTRODUCTION (summary of the doctoral dissertation)
The topicality and significance of the subject of dissertation.
Cotton fiber
is one of the most important strategic commodities in world trade. According to the
International Cotton Advisory Committee (ICAC), world production of cotton in
the 2014/15 season reached 26.2 million tons
1
. The high level of competition on
the world cotton market, the emergence of a modern, technologically advanced and
high-speed textile machinery, the need for high quality and competitive textile
products leads to a tightening of requirements for the quality of cotton fiber. In this
regard, the enhancement of primary processing of raw cotton and the improvement
of consumer properties of cotton fiber is the most actual problem. By the
developed foreign countries, such us the US, China, India, Brazil and other
countries, paid special attention to improvement of the efficiency of the cotton
industry and process control methods, whereby there has been progress in ensuring
the competitiveness of the cotton products. The improvement of the quality
characteristics of the cotton fiber, the reduction of production costs of raw cotton
processing is provided due to the measures taken to optimize production processes,
introduction of new effective technological devices.
The Republic of Uzbekistan also implemented comprehensive large-scale
measures to improve the efficiency of the production process of primary
processing of raw cotton and for introduction of highly effective technological
process management systems that improve the consumer properties of produced
cotton products. The works on introduction of flexible technological processes of
raw cotton processing are carried out on the ginneries. In particular, the special
attention paid to implementation of raw cotton and cotton fiber humidification
technology, allowing, depending on baseline characteristics of the raw material to
obtain cotton products of given quality, with minimal loss of raw materials and low
energy consumption.
Special attention to the conditioning of seed cotton and cotton fiber by
moisture is paid in a world practice, specially to development of new technique
and technology of humidification with considering of most important factors
influencing the process of primary treatment of cotton, beginning from
procurement and storage process of harvested seed cotton and finishing with cotton
fiber pressing into bales. In this regard, are carried out targeted research in areas
including: development of improved technology of volume humidification of
loosened cotton mass; development of competitive energy saving technology;
development of complex technology for humidification of seed cotton before
ginning and cotton fiber before pressing; development of step by step complex
fibrous material’s humidification systems, adapted to the technological schemes
used and the composition of the equipment.
1
Cotton: World Statistics. Bulletin of the International Cotton Advisory Committee, NY, November
2015. http://www.ICAC.org.
61
This dissertation research is to the certain extent focused on the tasks for the
implementation of practical measures provided by Presidential Decree dated
October 27, 2015. UP-4761 «About the formation of the holding company
"Uzpahtasanoateksport"» and the Decree of the Cabinet of Ministers of the
Republic of Uzbekistan dated April 3, 2007 №70 «About program of
modernization and reconstruction of cotton ginning industry for the period of
2007-2011 years», as well as in other legal documents adopted in this area.
Relevant research priority areas of science and developing technology of
the republic.
This dissertation is performed in accordance with the priority areas
of development of Science and Technology of Republic: II - "Energetics, energy
and resource saving".
Review of international scientific researches related to the subject of
dissertation
2
.
Scientific research directed on production in the field of
humidification technology of seed cotton and cotton fiber are being implemented
in leading research centers and higher educational institutions of the world,
including the USDA Cotton Ginning Research Unit, USDA Agricultural Research
Service, Texas Tech University, «Samuel Jackson Incorporated» (USA), Central
Institute for Research on Cotton Technology, Bajaj Steel Industries Limited
(India), National Research Center for cоttоn processing, engeeniring and
technology, China Cotton Industries Limited, Shandong Swan Cotton Industrial
Machinery Stock, Handan Golden Lion, Cotton Research Institute of Nanjing
Agricultural University (China), Pakistan Cotton Standards Institute, National
Textile University Faisalabad (Pakistan), Busa Indústria e Comércio de Máquinas
Agrícolas Limited (Brazil), Earthquake Research Institute, Nara National Research
Institute for Cultural Properties (Japan), Central Scientific Research Institute of
Cotton Industry (Russia), Tashkent Institute of Textile and Light Industry, Joint
Stock Company "Pahtasanoat ilmy markazi" (Uzbekistan).
As a result of researches carried out in the world, scientists and specialists
received a number of research results, including: developed automated cotton
humidification system (USDA Ginning Cotton Research Unit, USA); system for
humidification of cotton fiber (USDA Agricultural Research Service in
cooperation with «Samuel Jackson Incorporated», USA); humidification agent
generating system (USDA Agricultural Research Service in cooperation with
«Samuel Jackson Incorporated», USA); the system of automatic control and
maintaining of the necessary technological moisture in fibrous materials at all
stages of primary processing of cotton (Texas Tech University (USA) in
cooperation with “Uster technologies AG” (Switzerland); recommendations to
2
Review of foreign scientific researches by the theme of dissertation was made on the base: [Electronic data bases]. –
Access regime: http://www.samjackson.com/moisture-products; http://www.bajajngp.com/ humidifier.html;
http://www.busa.com.br/Assistencia-Tecnica#; US Patent №6.314.618 B1, класс 19-48. Moisture conditioner for lint
cotton/ Martin L Mehner, Samuel G. Jackson. 13.11.2001; US Patent №7.591.048 B2, class 19-66. Moisture
conditioner for lint cotton/ Martin L Mehner. 22.09.2009; US Patent №6.202.258, class 19-66. Apparatus and related
method for applying moisture to cotton during a ginning operation / William E. Winn. 20.03.2001y. and other issues.
62
ensure the technological humidity of raw cotton and cotton fiber (Tashkent
institute of textile and light industry, JSC "Pahtasanoat ilmy markazi", Republic of
Uzbekistan).
In the world the investigations in the creation of devices and technologies for
humidification of the seed cotton prior to ginning and cotton fiber prior to pressing
in a number of priority directions are conducted, including: in direction of
developing the shelf type humidifier for cotton, improvement of the efficiency of
processing of seed cotton, approaching of required technological moisture content
of raw cotton components, development of integrated humidification technology of
raw cotton and cotton fiber. Conducting research on the above scientific research
areas confirms the relevance of the dissertation’s theme.
Degree of study of problem.
To date, aspects of conditioning of raw seed
cotton and cotton fiber by moisture, theoretical issues of occurring sorption
processes, improvement and development of new methods of raw cotton and
cotton fiber humidification, study the effect of humidity of raw seed cotton and
cotton fiber on production processes of primary processing of cotton, quality
characteristics of produced cotton products are discussed in numerous studies of
scientists: G.J. Mangialardi, S.E. Hughs, J. Price, A.C. Griffin, V.P. Moore, W.S.
Anthony, R.K. Byler et al.
Fundamental works, covering the theoretical and methodological bases of
humidification technology of fibrous materials were published by A.P. Lykov, R.P.
Nikitin, A.E. Lugachev, A.M. Gulyaev, B.M. Mardonov, R.P. Saidov, L.S.
Ryabinskaya, which have some positive results.
It should be noted that so far the problem of creation of an effective
humidification technology of fibrous materials is not yet solved, and efficient
device for its implementation, adapted for use as a part of the processing
equipment operated by local ginneries, is not yet created. The analysis of the
methods of humidification of seed cotton and cotton fiber used at foreign ginneries
enables to speak about their lack of effectiveness. The peculiarity of the
technological process and composition of domestic equipment does not allow to
use foreign moisturizers of seed cotton and cotton fiber. In addition, studies of the
effect of moisture on the parameters of cotton fiber quality indices on HVI systems
were practically not carried out.
Connection of dissertation theme with research works, performed in the
organization where the dissertation is done and in the higher education
institution
. The dissertation research is carried out within the framework of the
joint state scientific and technical projects of the Tashkent Institute of Textile and
Light Industry and JSC "Pahtasanoat ilmiy markazi": F-4-06 "Development of
scientific bases of humidification of seed cotton and cotton fiber in the
technological process of ginneries" (2013-2017); ITD A3-001 - "Developing an
effective humidification technology of seed cotton before ginning in order to
preserve the natural properties of the material" (2015-2017).
The aim of the research
is the development of step by step high-performance
technology, equipment and methods for humidifying the fibrous material, ensuring
the preservation of the natural properties of cotton products.
63
The tasks of research work:
obtaining of constructional parameters of the seed cotton humidifier by
performing of the necessary theoretical studies and obtain algorithms of moisture
transfer process in the seed cotton, simulated as capillary-porous compound;
substantiating of the technological parameters of seed cotton humidifier and
the generator of humidification agent;
substantiating of the impact of seed cotton moisture parameters on the quality
indicators of produced cotton products, its output and technological properties;
determination of the optimal values of seed cotton moisture content before to
ginning;
obtaining of constructive parameters of the cotton fiber humidifier by the
theoretically examination the moisture sorption mechanism of cotton fiber by
active contact of the loosened fibrous pulp with humidification agent;
development of an improved method of cotton fiber humidification in the
technological process by means of its loosening and uniform saturation with
moisture by the entire volume;
substantiating of the effect of cotton fiber moisture parameters on the quality
of material during prolonged storage;
determination of the optimal parameters of humidification agent and the
values of cotton fibers moisture content prior to pressing;
development an integrated humidification technology of seed cotton before
ginning process and the cotton fiber prior to pressing.
Object of the research is
a humidification technology for seed cotton before
ginning and cotton fiber prior to pressing.
Subject of the research
is seed cotton and cotton fiber structure, as the
moisture sorption materials.
Methods of the research.
The methods of theoretical and applied mechanics,
heat engineering, mathematical statistics, mathematical modeling, numerical
methods by using of computer programs, as well as modern methods of
determining the parameters of quality of cotton fiber used in dissertation.
Scientific novelty of dissertational research
consists in the following: new
devices for humidification of seed cotton before to ginning were developed;
new methods for humidification of cotton fiber before process of pressing
were developed;
methods of humidification of fibrous material by using activated and salt
solutions were developed;
rational technological and design parameters of seed cotton and cotton fiber
humidifiers were developed;
the relationships between cotton products quality parameters during ginning
of seed cotton and pressing of cotton fiber having different initial moisture content,
were established;
a new complex technology for humidification of seed cotton before ginning
and cotton fiber prior to pressing was developed.
Practical results of the research
are as follows:
64
the new effective technology for humidification of seed cotton before ginning
with application of new devices for its implementation was developed and
implemented in the industry;
the structural and technological parameters of the developed device for
humidification of seed cotton have been determined;
the characteristics of quality and output of cotton fiber and seeds, depending
on the seed cotton moisture parameters, were obtained, which led to the
recommendation of cotton humidification technology as a process that ensures the
preservation of the natural quality characteristics of cotton products and increase of
their output;
technology for humidification of cotton fiber prior to pressing with
application of new device for its implementation, was developed and implemented
in the industry;
the theoretical and analytical relationships of rational kinematic, structural
and technological parameters were defined and allowed to develop and
manufacture a device for humidification of cotton fiber;
a comprehensive assessment of the quality and forecasting of fiber properties
during prolonged storage, depending on the initial moisture content of the material
was carried out, that formed the basis for the introduction of restrictive norm of
moisture content in the national standard for cotton fiber.
Reliability of the obtained results
are proved by mathematical models of
sorption processes of components of seed cotton and fiber, by the consistency of
the results of theoretical and experimental studies, positive test and implementation
results.
Science and practical significance of the research results.
The science
significance of the study results is the development of moisture absorption-making
algorithms in the seed cotton along the length of the tray of the humidifier
depending on the capacity of the device and the amount of applied humidification
agent; solving of the problem of mathematical modeling of water transfer process
in a moving stream of seed cotton from the humidifier in a vertical pipe, simulated
as two-speed continuous environment; obtaining of computational models of
separation of fibrous pulp into individual pieces, the moisture transfer mechanism
in fiber particles during their movement from the drums to crimping rollers, as well
as during compression of the pulp in the area of crimping rollers for cotton fiber
humidifier; planning of computational experiments and the creation of conditions
for the practical application.
The practical significance of the study consists from development of devices
for humidification of seed cotton and cotton fiber, the generator of humidification
agent, effective moisturizing agents, providing required moisture addition for seed
cotton before to ginning and cotton fiber prior to pressing, providing high
uniformity of the moisture of the pulp and preservation of the natural properties of
fibrous materials, as well as comprehensive assessment of the quality and
forecasting of fiber properties during prolonged storage, depending on the initial
moisture content of the material, that formed the basis for the introduction of
restrictive norm of moisture content in the national standard for cotton fiber.
65
Realization of the research results.
The scientific results have made it
possible to develop an integrated humidification technology of fibrous materials at
ginneries:
four patents of Intellectual Property Agency of the Republic of Uzbekistan for
methods for humidifying the fibrous material in the technological process of
ginneries has been issued ("Method of humidification of a fibrous material and a
device for its implementation», UZ №IAP 02733 - 2005.; "Method of
humidification of the fibrous material, UZ №IAP 02731, UZ №IAP 02732 - 2005.;
UZ №IAP 03995 - 2009 "Device for humidification of fibrous material) for the
methods for fibrous material humidification during technological process of the
gin. The obtained scientific results gave opportunity to develop the step by step
technology for humidification of raw cotton and cotton fiber;
the technology of humidification of seed cotton before ginning and cotton
fiber prior to pressing, as well as a device for determining the moisture content of
fibrous material have been implemented at the enterprises of the Holding company
"Uzpahtasanoateksport", including the Chinaz pilot ginnery, Buka ginnery of
Tashkent region, the laboratories of structural units of holding company and Uzbek
Centre "Sifat" (Information about the results of the implementation of the results of
the dissertation №MA-E/431 of HC "Uzpahtasanoateksport" dated March 30,
2016). Implementation of the results of the dissertation in the production process
contributes to improving the quality of cotton fiber by length codes to 5 %,
reducing of packaging materials consumption and transport costs to 1,4 %,
elimination of discounts for low moisture content.
Approbation of research results.
Results of the study were presented at
more than 30 scientific-technical conferences, including: "Young scientists - the
development of the textile and light industry" (Russian Federation, Ivanovo, 2007-
2008.) "Modern high technologies and advanced materials for textile and light
industry (the Russian Federation, Ivanovo, 2013), "New in equipment and
technology in the textile and light industry" (Republic of Belarus, Vitebsk, 2015),
"The development of science in the XXI century" (Republic of Ukraine, Kharkov,
2015 .), "Cotton: Connecting high tech and nature" (Germany, Bremen, 2016).
Publication of the results.
On the topic of the dissertation, 46 scientific
papers were published, including 12 articles in journal of recommended scientific
editions for publication of basic scientific results of doctoral dissertations by
Supreme attestation commission of the Republic of Uzbekistan, 4 patents of the
Republic of Uzbekistan have been taken.
Structure and volume of dissertation.
The dissertation consists of an
introduction, six chapters, conclusions, bibliography and appendices. The total
volume of the dissertation is 224 pages.
66
THE MAIN CONTENTS OF DISSERTATION
In the introduction
of the dissertation, the topicality and relevance of the
research are substantiated, the aim and objectives of the research, its object and
subject are formulated, its conformity with the priorities of development of science
and technology of the Republic of Uzbekistan is shown, the scientific novelty and
practical results of the study are described, the theoretical and practical
significance of the obtained results are revealed, a list of introducing the research
results into practice, published works and information on the structure of the
dissertation are provided.
The first chapter of the dissertation
"The estimation of the current state of
the issue of humidification of raw cotton and cotton fiber"
is devoted to the
analysis of the current state of the technique and technology of fibrous material’s
humidification process in the ginneries.
The analysis revealed that cotton fiber produced by the cotton industry of the
republic has an average moisture content of about 5%, indicating about
shortcomings of existing technology and the necessity of development of new and
effective methods of humidification of the fibrous material and devices for their
implementation.
In the process of analytical review of literature, research papers relating to
issues of technique and humidification technology of fibrous materials it was
determined that the existing methods of humidification of raw cotton and cotton
fiber used in domestic and foreign practice, not effective enough, do not provide
the necessary growth moisture, are have technological and structural
disadvantages. The results of the study were summarized and systematized in the
form of classification of humidification methods of seed cotton and cotton fiber.
The conducted study of the current state of the problem humidification of raw
cotton and cotton fiber showed that to bring the fiber moisture in bales to the
normalized parameters necessary to humidify the fibrous material at 1.5-2.0 %.
Simultaneous increase the moisture content for a few percent at one point of
technological process does not allow any one of the world's existing humidification
technologies. In this regard, it stressed the necessity of development a
comprehensive, phased humidification technology for seed cotton before ginning
and cotton fiber prior to pressing.
In the second chapter
"Investigation of the methods for improvement of
effectiveness of humidification of raw cotton and cotton fiber"
includes data on
the structure and properties of raw cotton and cotton fiber in the aspect of heat and
mass transfer problems. The overview and systematization of published data on the
structure of cotton components, their interaction with moisture, analytical studies
in the field of humidification were performed.
On the basis of analyzes of the process of humidification of raw cotton and
cotton fiber is determined that the raw cotton is characterized by uneven and
structural properties of its components, which leads to the difference in their
hygroscopic properties and moisture content. It was determined that the most
effective method of cotton humidification is the moisture sorption by maximum
67
loosened material from air with a high relative humidity (80-90%) and high
temperature (50-70 ° C) with intensive aerodynamic interaction of humidification
agent and a fibrous material.
The research results of domestic and foreign scientists emphasize the
importance of ensuring the required technological parameters of moisture content
of raw cotton, cotton fiber in each stages of the cotton primary processing. These
previous findings suggest that overly dry ginning cotton (5%) leads to a shortening
of the length of the fiber due to the increase of mechanical damage, the formation
of defects. Seed cotton ginning with high moisture content (over 8.5%) reduces the
gin performance, increases mechanical damage of seeds and led to the formation of
combined defects. Due to these facts, in domestic and foreign practice is
recommended to humidify the seed cotton before ginning up 7.5-8.5%.
Humidification of cotton fiber prior to pressing helps to reduce static
electricity on the fibers, reduce the volume of fibers required to achieve normalized
bale weight, reduces the press’s efforts for packaging of bales. The optimum
moisture content of cotton fiber before pressing is in the range of 7.5-8.5%.
In the third chapter,
"Development of a new method of seed cotton
humidification"
defined the basic criteria to be met by developed cotton
humidification technology.
Developed cotton humidifier in the form of humidification chamber prompted
to install on an inclined unloading tray of cleaning machine UHK (1HK). The
principle of operation of the humidifier is based on the warm-humid processing of
raw cotton coming out of the machine UHK (1HK) by the humidification agent,
having high moisture content (relative humidity of about 85-90 %, the temperature
- about 70 ° C). The supply of humidification agent to the cotton flow, moving
along the inclined unloading tray, to be carried out by the conveying surface. For
this purpose, the surface of the tray itself, to allow the passage of humidification
agent is in the form of louvre grid. In this case, a thin layer of raw cotton, moving
on the surface of the unloading tray, will flow around pairs of humidification agent
discharged through the slit sheets overlap, forming a louvered grid. In order to
improve efficiency of heat-mass transfer processes, and in particular, to ensure the
aerodynamic interaction of humidification agent with cotton fly’s, it was suggested
to install a diffuser at the top of the humidification chamber, a conjugate with
pneumatic system for sucking of the used humidification agent.
To determine the final scheme of the process, to establish of detailed technical
and design parameters of the new device for humidification of raw cotton were
conducted the theoretical studies of humidification process.
In particular, were analyzed the changes of characteristics of pressure,
density, velocity, and humidity of seed cotton flow moving along the tray of the
humidifier.
Stationary and dimensional movement of raw cotton, moving under the action
of gravity, written in the form of Euler's equation for flow:
dv v S
(1)
d Sp
( }
ρ
=
−
+
ρ
gS
α
−
μ
α
dx
dx
(sin cos )
68
where -flow rate,
ρ
- flux density,
p
- flow pressure in an
arbitrary section of
the tray,
α
- the angle between the tray and the horizon,
µ
- the coefficient of
friction between the flow of raw cotton and the tray surface, g=9,81 m/s
2
-
acceleration due to gravity.
To solve equation (1) using the law of conservation of flow rate in an
arbitrary section of the tray, and the relationship between density and pressure
(equation of state), which are expressed by the formulas:
0 0 0
Q
0
ρ
Sv
=
ρ
S v
=
,
ρ
=
f
(
p
)
(2)
wherein
0 0 0
ρ
,
v
,
S
- the density, the velocity and cross-sectional area in the
initial section of the tray,
- the fibrous material flow.
We assume that the cross-sectional area of the tray
S
and the function
f
,
which characterizes the relationship between the density and pressure of raw cotton
in the variable
, varies linearly:
S
=
S
−
kx l
,
( )
0
(1 / )
f
=
ρ
+
В p
−
p
(3)
0 0
where
0 0 0
S
=
L h
,
0 1 0
k
=
(
L
−
L
)/
L
- coefficient of contraction of the tray, - the
width of the tray in the initial and final sections, m,
0
h
- the thickness of the cotton
layer flow, m,
В
- compliance rate, s
2
/m
2
.
Except using (2) the velocity and the density, equation (1) recorded with
respect to the pressure
p
{
x
)
⎥
⎦⎤
2 2
Q pf p S
S f p
( )
−
( )
dS
⎢
⎣
⎡
+
−
2
f p gS
α
μ
α
dp
(4)
0
=
( ) (sin cos )
dx
2 2
2
−
′
3
dx
f p S Q f p
( ) ( )
0
f p S
( )
Fig. 1 shows graphs of the distribution of density and flow rate of raw cotton
on the
length of the tray. The calculations assumed:
=6000 kg/h, =10
kg/m
3
,
=1,9 m, =0,4
m,
l
=2 m, =0,04 m,
α
=60°,
B
=0,008 s
2
/m
2
,
p p gl
0
=
/
ρ
=0,025.
Fig.1. Distribution of density and flow rate of raw cotton on the length of the tray
From these graphs it follows that adopted in the values of the initial data of
cotton flow parameters vary linearly.
Process of moisture exchange between the humidification agent with constant
humidity
w
c
and flow of raw cotton occurs according to Newton's law. Moisture
transfer equation can be written as:
dw
Cv x
=
β
c
−
(5)
( ) (
w w
)
dx
69
where
- the water capacity of raw
cotton,
β
- moisture exchange
coefficient between raw cotton and air with humidity
w
c
,
/ ( ) ( )
v
=
Q f p S x
.
0
Equations (4) and (5) form a system of equations for the pressure and
humidity in the cotton flow, which is integrated, in the initial conditions
0
p
=
p
,
w
=
w
0
with
х
=
0
.
Fig. 2 shows graphs of the distribution of moisture content along the length of
tray for various values of moisture of humidification agent. In the calculations
assumed:
=6000 kg/h,
ρ
0
= 10 kg/m
3
,
0
L
= 1,9 m,
L
1
=0,4 m,
l
=2
m,
0
h
=0,04 m,
α
= 60 °,
B
= 0,008 s
2
/m
2
,
β
l
ρ
0
S
0
/
Q
0
C
= 0,1,
p p gl
0 0 0
=
/
ρ
= 0,025.
1
−
w
c
=
30%
,
2
−
w
c
=
50%
,
3
−
w
c
=
80%
Fig.2. Moisture
w
distribution of the flow along the length of the tray for various relative
humidity values
of humidification agent
From the analysis of charts, it follows that the most intense moisture sorption
processes in raw cotton occur at high relative humidity parameters of
humidification agent.
Moisture exchange processes of each component occur not only with the
environment but also between components, according to Newton's law. Moisture
transfer between components of seed cotton flow and the external environment
(air) takes place in accordance with Newton's law, depending on the cubic and
moisture transfer between components – linearly law.
Denote
( )
1
w x
and
( )
2
w x
the moisture content (in percentage) of the fibers
and seeds in an arbitrary section of the flow. Moisture transfer equation can be
written as:
dw
d
⎜
⎝⎛
dw
k w
⎞
3
1
w w w w
1
(1 ) ( ) ( ) ( ) ( )
1 2 2 1
−
=
β
β
(6)
m v x
⎟
+
c c
−
+
−
dx
dx
1 1
dx
⎠
1 1
dw
d
⎜
⎝⎛
dw
k w
⎞
3
2
w w w w
2
=
β
β
(7)
mv x
⎟
+
c c
− − −
( ) ( ) ( ) ( )
1 2 2 1
dx
dx
2 2
dx
⎠
2 2
where,
m
- lobar portion of the seeds in a unit volume of raw cotton,
( )
k u
-
i i
hydraulic conductivity fibers (
i
=
1
) and
seeds (
i
=
2
),
β
1
c
,
β
2
c
- respectively
moisture exchange coefficients between
fiber and air, seeds and air,
β
12
- water
70
exchange coefficient between the fiber and seeds. The flow rate is expressed by the
formula of pressure
/ ( ) ( )
v
=
Q f p S x
.
0
Equations (4), (6) and (7) form a system of equations for the pressure
p
and
moisture in components in raw cotton
w
1
and
w
2
in the flow of raw cotton which is
p
=
p
,
w
1
=
w
10
,
w
2
=
w
20
, while
x
=
0 ,
integrated with the boundary conditions
0
w
1
=
w
11
,
w
2
=
w
21
, while
x
=
l
.
2
d w
i i
, (
i
=
1,2
) represent the
In the equations (6) and (7) members
2
k w
i
( )
dx
diffusion component and therefore at high speeds of movement of the layer can be
neglected. Then the equations (6) and (7) are resolved with respect to
dw
2
dw
1
and
dx
derivatives
dx
2 2 3 1
i
−
i i
−
i
−
i
′
i ic c
−
i
+
− −
mv x m v x k w w w w w
( ) ( ) 4 ( )[ ( ) ( 1) (
]
dw dx
β
β
(
i
=
1,2
) (8)
1 2 2 1
=
mv x
i
Where,
m
1
=
1
−
m
,
m
2
=
m
.
( )
Fig. 3. represented graphs of moisture distribution of fiber and seeds
( )
w
1
ξ
and
( )
w
2
ξ
in a dimensionless system ξ = x / l coordinates for tray length parameter
value
m
= 0,6 (average seeds content in the raw cotton –60%). In the calculations
assumed:
=6000 kg/h,
=10 kg/m
3
, =1,9 m,
=0,4 m,
l
=2 m, =0,025 m,
=100 Pa,
B
=0,008 s
2
/m
2
,
µ
=0,3,
α
=60° degree,
1
k
1
′=
k
2
′=
,
,
,
,
β
1
c
=0,005 s
-1
,
β
2
c
=0,003 s
-1
,
β
12
= 0,001 s
-
1
.
a)
b)
Fig. 3. Fiber moisture distribution curves (a) and seeds (b) along the length
Analysis of calculated results show that moisture content of each component
is distributed along the tray’s length linearly. At the same time for the selected
task, moisture increase in the solid component (seeds) is negligible.
Further, according to the intended technological process, cotton flow, along
with humidification agent is applied in an ejection funnel and sucked into the tube,
set at the end of the tray, where due to vacuum created by a separator installed on
the feeder of battery saw gins, enters to the gins. The theoretical study of
71
humidification of raw cotton and its components in a moving air stream of vertical
pipe through the use of the theory of motion of multiphase environment in view of
moisture exchange processes were done.
We assume that the solid particles (seeds) and the fiber form a single
mechanical system with a density
( )
2
ρ
x
, moving at speed
( )
u x
. The equation of
2
steady flow of cotton in an arbitrary section of the pipeline according to the
multicomponent model of the environment H.A. Rahmatulin written in the form:
∂
u
ρ
∂
p
ρ
,
(9)
1 1
1 1
k u u
u
+
д
−
=
−
∂
x
( )
0 2 1
ρ
∂
∂
u
ρ
1
∂
p
x
ρ
g
+
ρ
2
(10)
2 2
2 2
k u u
u
+
д
−
=
−
∂
x
( )
0 1 2
ρ
∂
2
x
where
1
u
,
1
ρ
- the speed and the reduced air density,
p
- the total pressure for
all the two components,
д
k
- interaction factor.
Stationary equation of moisture transfers in a moving stream of the raw cotton
mass containing solid particles and air by Newton's law are of the form:
∂
w
β
β
, (11)
1
u
=
−
+
−
1
w w w w
( ) ( )
∂
x
∂
w
2
1 3 3 1 1 2 2 1
β
β
, (12)
u
=
−
+
−
2
w w w w
( ) ( )
∂
x
∂
w
3
2 3 3 2 1 2 1 2
β
β
(13)
u
=
−
+
−
2
w w w w
( ) ( )
∂
x
where
( )
1
w x
,
( )
1 3 1 3 2 3 2 3
2
w x
,
( )
3
w x
- respectively moisture of air, fiber and cotton seeds,
β
12
and
β
13
- rates of moisture
exchange between the air,
fiber and seeds,
β
23
-
moisture exchange coefficient between the components of raw cotton. Figure 4
shows graphs of fiber moisture change by the pipe length for two values of flow
rate of raw cotton in the pipeline, calculated based on the initial conditions,
w
1
=
w
1
H
,
w
2
=
w
2
H
,
w
3
=
w
3
H
at
x
=
0
. In further calculations assumed:
30
u
1
=
m/s,
80
w
1
Н
=
%,
9
w
2
Н
=
%,
12
w
3
Н
=
%,
β
23
=0,01 s
-1
.
β
12
=0,015 s
-1
,
β
13
=0,005 s
-1
,
u
5
m
/
s
20
=
u
15
m
/
s
20
=
Fig. 4.
Changing of fiber moisture content (
w
2
) along the length of the pipeline for two values
of flow rate of raw cotton in the pipeline
20
u
72
The analysis of the graphs shows that increasing the feed rate of raw cotton
will reduce the moisture content of the fiber.
In the fourth chapter,
"Development and testing of a new device for
humidification of raw cotton"
the results of the work on the development of a
device for humidification of raw cotton before to ginning and generator of
humidification agent are provided. During the experimental studies were identified
optimal moisture parameters of raw cotton before ginning, which ensure the
preservation of the natural properties of the material and an increase fiber output.
Several variants of the device for humidification of raw cotton UHS,
providing humidification of thin and loosened cotton layer, leaving the UHK
(1HK) by warm and moist humidification agent have been developed on the base
of the analytical and theoretical studies. One embodiment of the device,
constructed as a humidification chamber (hopper) and mounted on unloading tray
of UHK (HC 1) unit is shown in fig.5.
In the process, cleaned and loosened raw cotton from the aggregate UHK (1
HK) by uniform flow is discharged and is moved along the upper wall of louvre
grid of hopper 1, while from the steam generator 7 through conduit 6 into the
chamber 3 via the nozzles 5 is supplied under pressure the heated humidification
agent in the form of steam which blows loosened cotton flow through gaps of
louvre grid 2 by suction through the inlet 9, performing the humidification. Further
humidified cotton flow with humidification agent moves to the bottom of the
hopper 1, where through an ejection funnel 10 connected to the air tube 11 is
conveyed to the battery of gins.
1 –
bunker, 2 – louvre grid, 3 –chamber for feeding of heated humidification agent, 4 – chamber’s
low wall, 5 - nozzles, 6 - pipeline 7 - generator of humidification agent, 8 - the opposite wall of
the hopper, 9 - connection for suction of humidification agent, 10 - ejection funnel, 11 - air
pipeline
Fig. 5. General view of the construction of the scheme and of raw cotton humidifier
73
The patents of the Republic of Uzbekistan on useful model UZ №FAP 00800
and UZ №FAP 00957 "Device for humidification of raw cotton" for the proposed
methods and devices for humidifying of raw cotton before ginning have been
obtained.
The steam generator, providing production of humidification agent with high
moisture content, were designed. Designed generator of humidification agent is an
electrode type device providing production of agent consisting of a mixture of
vapor and suspended water in it fine particles (i.e. "Wet" steam). Capacity of the
steam generator is 0,75 l/min or 45 l/h. The proportion of water vapor in γ
п
humidification of agent is about 157,78 g/m
3
.
Qualification testing of experimental-industrial pilot sample of device for
humidification of seed cotton UHS in complete with generator of humidification
agent EBG conducted on Chinaz cotton ginnery in Tashkent region, have shown
that the installation is able to provide the raw cotton moisture increase up to 0,5 %.
Evaluation of the quality parameters of cotton fiber produced with different
levels of moisture content of raw cotton, showed that such characteristics as
micronaire, maturity, elongation, reflectance degree, yellowness of cotton fibers do
not tend to change depending on the raw cotton moisture content and remain
virtually constant. However, some significant effect of raw cotton moisture content
on such characteristics as upper half mean length, length uniformity were revealed.
So, the upper half mean length of fiber obtained by ginning of raw cotton with
moisture content 7,64 % was on 0,005 inches longer of fiber, obtained by ginning
of seed cotton with moisture content 7,13 %. Change the raw cotton moisture
content only 0,5 % ensured the preservation of modal weight length for 0,2 mm,
the staple length for 0,21 mm, the mean length for 0,82 mm. Short fiber index in
the samples of fiber obtained after ginning of non-humidified seed cotton, was at
2,13 % higher than in the humidified raw cotton.
The experimental studies of influence of different initial moisture content of
raw cotton before ginning to change of the parameters of quality and cotton fiber
output have been conducted for the purposes of scientific substantiation of the
optimal technological moisture of raw cotton before the ginning, in relation to the
existing breeding varieties and modern technological equipment. As a result of
ginning of raw cotton with moisture of 3,8 %, 6,5 %, 8,1 %, 9,7 % and 10,7 % it
was determined that the highest fiber output was fixed at 8,1 % moisture content.
During the tests it was revealed a significant effect of raw cotton moisture on such
characteristics as strength, upper half mean length, short fiber index, length
uniformity.
So, the upper half mean length of fiber obtained by ginning of raw cotton with
moisture content of 10,7% was at 0,025 inch or 1 code is longer than the length of
fiber obtained by ginning of seed cotton with 3,8 % moisture content. Short fiber
index, respectively, decreased by 1,23 % from 7,92 % to 6,69 % (fig. 6).
74
1
2
Fig. 6. Dynamic of change in the upper half mean length (1) and short fiber index (2)
depending on the moisture content of raw cotton
The results of studies of quality and output of fibers indicate that the most
optimal moisture content for ginning technology in the range 7,5-8,5 %. The
calculations of the economic effects from the introduction of the installation in the
cotton industry have shown that the effect per ton of cotton fiber will be 28839,36
sums.
In the fifth chapter
"Development of a new method of humidification of
cotton fiber"
presents the results of theoretical and experimental studies of the
parameters of the new method of humidification of the cotton fiber prior to
pressing.
The proposed method should provide efficient and uniform moisture
saturation of the fibers throughout volume. The problem is solved by dividing of
fiber’s layer coming out from condenser to separate small tufts and their
humidification in special chamber with the subsequent formation of fiber in layer
before pressing.
The loosened pulp is formed during cotton layer’s passage through the
loosening drums, which is then, after leaving it under the action of gravity and
centrifugal force divided into separate fragments.
Environmental equilibrium equation in the loosening zone written in the form:
dy
γ
(14)
( ) 0
−
yz
0
x
+
0
b
=
dx
k
2 2
γ
=
,
ρ
0
- the initial (prior
0
(
x
μ
R x
)
B
γ
z
=
+
− −
,
g
0
ρ
0
where
y
=
pb
,
0
LR
to filing) product density, the density of the material in any cross-section,
b
=
b
(
x
)
-
the variable thickness of the
disintegration of the pulp area,
μ
- the coefficient of
friction between the material and canvas rolls
L
- width of rollers, m,
a
- length of
loosening, m,
R
- the radius of the rollers, m,
B
- compliance factor to be
determined empirically, s
2
/m
2
,
k
- lateral pressure coefficient.
75
The pressure
P
and the density
ρ
in an arbitrary section of the product
calculated by the formulas:
p
=
y
(
x
)/
b
(
x
)
(15)
[1 ( )/ ( )]
0
ρ
=
ρ
+
By x b x
(16)
Fig. 7 shows the density distribution by the height of loosening for different
values of the radius of the drums
R
and the compliance factor
B
. The calculations
assumed:
R
=0,14 m,
a
=0,14 m,
L
=1 m,
k
=0,5,
=30 kg/m
3
.
μ
=0,3,
0
b
=0,03 m,
4
3
2
1
R
=0,1 m
R
=0,25 m
4
3
2
1
Black - B = 0.0002, green - B = 0.0005, blue - B = 0.008, red - B = 0.0012
Fig.7. Product density distribution
( / )
3
ρ
kg m
adjustment of pressing for different values of
drums radius
R
and compliance
B
( )
−
1
Pа
Integrating the expression (6) by the strip thickness
h
0
and the height
a
, find
the mass
m
of the discharge tuft from the first section
a
∫
0
ρ
( )
(17)
m Lh x dx
=
0
The integral (17), calculated numerically, yielded data indicating that the
process conditions for formation of tufts with the lowest weight and the average
density for more efficient flow of sorption process in the next stage is improved by
increasing the technological gap between the blade drums
, with decreasing
radius of blade drum
R
and the values of compliance ratio
B
.
In this regard, it was decided to establish a
equal to 0.05 m, the radius of
the blade drum
R
=
0,14
m
, increase the number of rows of blades on the drums
from 4 to 6 rows.
The studies moisture transfer process in a moving piece of tuft has been
conducted in the chapter.
The equation for moisture distribution
w
(
r
,
t
)
in a spherical coordinate system
can be written as the formula:
2
⎜
⎜
⎝
⎛
∂∂
⎟
⎟
⎠⎞
с
в
2
∂
w
∂
w
w
ρ
0
(18)
∂
t
=
k
∂
2
+
r r
r
where
c
- the specific moisture content,
kg/(kg-°М)
,
в
k
- moisture
conductivity coefficient,
- the initial density of the dry product, kg/m
3
.
76
Moisture in the center of the ball at the time varies according to the law:
∑
∞
⎭⎬⎫
0 0
exp( ) exp( )
k k k
t t
+
1
w t w t w
(0, ) ( ) (0) ( 1)
=
+
−
β
β
μ
μ
(19)
− − −
⎩⎨
⎧−
β
μ
k
k
=
1
2( 1)
+
where
2 2
−
k
1
χ
ck
в
k
β
k
=
χπ
,
k
b
=
,
=
,
exp( )
k
π
ρ
0
0
w
=
−
α
x
From this formula (19) may be noted that the moisture in the center of the ball
0
w t
, for large values of time, i.e
t
→ ∞
. Also, it is clear that
reaches the value
( )
with increasing of parameter
0
χ
=
k
в
/
c
ρ
(which corresponds to decreasing of tuft
density) quantity diffusing water can significantly increase. This points to the
usefulness of more loosened tufts for efficiency of humidification process.
In the continuation of studies was considered a one-dimensional process of
pulp humidification during its movement downward in the chamber of rectangular
cross-section variable. The equations of one-dimensional motion of the
components mixture and the laws of conservation of mass, according H.A.
Rakhmatullin’s model, written in the form.
du
ρ
0 0
d sp
( )
ρ
(20)
0 0
sk u u
u s
=
−
+
−
( )
dx
ρ
(0) 1 0
du
0
ρ
1 1
dx
d sp
( )
ρ
(21)
1 1
sk u u
u s
=
− − −
( )
dx
ρ
(0) 1 0
1
dx
where,
u s
=
u s
=
const
ρ
0 0 00
ρ
00 0
,
u s
=
u s
=
const
ρ
1 1 10
ρ
10 0
,
(0)
ρ
0
=
m
ρ
0
,
(0)
1 1
ρ
=
(1
−
m
)
ρ
,
к
– coefficient of viscous friction,
0
s
- the width of the camera section at
x
=
0
,
1
s
-
the width of the lower section of the chamber, m).
The mass is under action of the flow of moisture agent, which direction is the
opposite to direction of the fiber flyers. Assuming a stationary humidifying process
through, and respectively designated
( )
0
u x
,
( )
0
w x
,
( ),
1
u x
and
( )
1
w x
the speed and
humidity of moistening agent (index-0) and pulp (index-1).
The equation of moisture exchange between the air and pulp in a stationary
mode written in the system of equations:
dw
dw
m u
=
β
−
,
0 1 0 1
0
0 0 0
(
w w
)/
s
−
m u
=
β
−
(22)
0 1 0
(1 ) (
w w
)/
s
dx
1 0 0
dx
wherein
m
- pulp respectively given porosity,
u
00
,
u
10
and
m
0
- known values of
density, air speed and the porosity of the pulp in section
x
=
0
.
Figure 8 shows the distribution curves of cotton fiber moisture by the height
of the chamber in the humidification zone for different values of the speed of the
oncoming flow of humidification agent. The calculations made:
s
-1
,
,
m/s,
%, h=2 m.
77
1
u
2
m
/
s
−
00
=
−
,
2
u
3
m
/
s
−
00
=
−
,
3
u
5
m
/
s
−
00
=
−
,
4
u
10
m
/
s
−
00
=
−
,
5
u
30
m
/
s
−
00
=
−
Fig. 8. Curves of moisture distribution in the pulp
w
1
and the counter air flow
w
2
by the
height of chamber for humidity
w
00
=
15%
and flow rate counter
u
00
The findings suggest an important role of the aerodynamic interaction
between the humidification agent and the fibrous material, with increasing of
which intensity, the dynamics of moisture exchange processes accelerating.
To simulate the humidification process of fibrous material in the process of its
pressing in the zone of crimping rollers, it was considered the process of formation
of cotton layer at the bottom part of the device. Stationary liquid filtration mode
through the capillaries of the fibrous material described by a system of nonlinear
equations of the first order:
dw
=
, (23)
dx
y
в в
−
′
−
′
y b x v k w b x y k w b x
[ ( ) ( ) ( ) ( ) ( )]
dy
=
(24)
dx
k w b x
в
2
(
−
)
a x
where
R
( ) ( )
=
+
,
k k
(
w
)
b b
0
в
=
в
- moisture conductivity
coefficient,
a
-the
height of compression, m,
R
- the radius of the rollers, m,
0
k
and
1
k
- are constants,
a
=
b
0
R
,
- the minimum distance between the rollers, m.
The system of equations 23 and 24, which is integrated numerically by the
Runge-Kutta method with the following initial conditions
w
=
w
2
,
y
=
−
η
−
under
x
=
a
.
( )
w
2
w
0
Figure 9 shows the curves of moisture distribution
w
(%)
by height of sealing
zone for different values of parameters
0
b
and
1
k
. The calculations assumed:
R
=
0,2
m
,
0
=
,
10
m
/
h
2
k
20
m
/
h
2
η
=
,
w
1
=
20%
,
h
=
1
m
.
78
b
0
=
0,04
m
,
k
1
=
0
m
2
/s
b
0
=
0,04
m
,
k
1
=
0,01
m
2
/s
Fig. 9. The moisture
w
(percentage) distribution curves by the height of contact zone for
different values
( )
b
0
m
, k
1
(m
2
/s)
From the analysis of the curves it is evident, that allowance of moisture
permeability coefficient depending on moisture causes to additional humidification
of fibrous pulp in humidification zone, wherein with increasing values of the
k
parameter the area can be formed with a constant humidification of the fibers.
1
Increasing of this ratio can be achieved by increasing the diameter of the crimping
rollers and reducing of gap between the rollers. In this connection we decided to
set the parameters
,
= 0,12 m.
In the sixth chapter,
"Development and testing of a new device for
humidification of cotton fiber
" reflected the results of tests of experimental
industrial sample of cotton fiber humidifier prior to pressing, research about
dynamic of quality characteristics changes in cotton fibers with different initial
moisture content during prolonged storage, experiments of use of various
humidification agents and the characteristics of the economic efficiency of the
introduction of a new device for humidification of cotton fiber to the industry.
Several variants of the device for humidification a cotton fiber before pressing
UVR have been developed on the base of the results of the analytical and
theoretical studies.
The appearance and the scheme of an embodiment of the device shown in
Fig.10. In operation, the fibrous material coming out from condenser 1 in the form
of a layer is passed under the influence of loosening drums 6 which are rotated in
opposite directions dividing material into separate pieces. Then material scraps
along the guide flaps 2, by the two streams are thrown into the humidification
chamber 3, where during its passing are exposed by humidification agent, fed from
the nozzles 11 to the entire volume of the chamber 3. The suction spigot 12
mounted between the rollers 6 provides ventilation of tufts of fibrous material in
the chamber 3 by heat flow exiting from the nozzles 11, which provides efficient
and uniform humidification of the fibrous material by volume. Next, the
humidified fibrous material layer is formed by the crimping rollers 7 at the bottom
of chamber 3.
79
1-
condenser, 2 - deflector plates, 3 - humidification chamber 4 - longitudinal wall of the chamber, 5
- end wall of the chamber, 6 –loosening drums, 7 - crimping rollers, 8 - set of gear drives 9 –
shaft, 10 - grate grille, 11 - a spray, 12 - suction nozzle of humidification agent
Fig.10. The
appearance and the scheme for cotton fiber humidifier UVR
For the proposed methods and devices for humidification of fibers prior to
pressing obtained the patents of the Republic of Uzbekistan (UZ №IAP 02731, UZ
№FAP 00390, utility model application of the Republic of Uzbekistan UZ №FAP
20150044).
The public acceptance testing of the prototype installation UVR, carried out
on Buka cotton ginnery of Tashkent region showed its efficiency and functionality.
Humidification of cotton fiber with an initial moisture content of 8,28 % was
carried out with a water flow rate of 30 and 45 l / h. Increase of the moisture in the
first case amounted to 0,63 %. The average moisture content of fiber was 8,91 %
and the standard deviation – 0,25 %. Gain of fiber moisture from the water flow
rate of 45 l/h was 1,11 %. The average value of moisture content – 9,38 %,
standard deviation – 0,19 %. The obtained results are characterized by high
uniformity of fiber’s humidification by volume.
Evaluation of fiber quality characteristics, carried out within 6 months of
storage (Table 1), revealed that the such indexes as micronaire, upper half mean
length, strength, uniformity index do not undergo significant changes during long
term storage and have differences within the error limits of the test method.
However, changing the grade characteristics of fiber is clearly evident (whiteness,
yellowness).
80
